Пищевое волокно из фруктовых или овощных побочных продуктов - RU2556388C2

Чертежи

Описание

Настоящая заявка имеет приоритет заявки США Сер.№ 61/418235 от 30 ноября 2010, содержание которой полностью включено сюда путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к пищевым волокнам, получаемым из фруктовых или овощных побочных продуктов или их комбинаций. Побочные продукты могут являться результатом, например, процессов экстракции сока из фруктов и овощей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Фрукты и овощи уже давно признаны ценными источниками важных питательных веществ. В последнее время произошло более полное признание дополнительного положительного влияния на здоровье и замедление болезни или положительное влияние на лечение источников фруктов и овощей, что является преимуществом и положительно влияет при приеме внутрь. Поиск ценностного потенциала фруктовых и/или овощных побочных продуктов однако является трудной задачей, несмотря на множество проведенных различными исследователями исследований в различных областях сельского хозяйства. Эти попытки столкнулись с такими задачами, как трудности транспортировки влажных отходов на предприятия по переработке, затраты на энергию для сушки, восстановление растворителем, затраты на химические реагенты и короткие периоды сбора сезонных фруктов и овощей, при переработке которых образуются побочные продукты.

Одним из потенциальных побочных продуктов являются сухие вещества цитрусового сока, которые могут быть получены из большого объема материала кожуры цитрусовых, традиционно используемых в применениях с низкой ценностью, таких как кормовой продукт для скота. Каждый сезон сбора цитрусовых, когда экстрагируют сок из цельных плодов цитрусовых при использовании коммерческого устройства для экстракции от FMC Corporation, Brown AME и других, в качестве побочного продукта собирают много тонн материала кожуры цитрусовых. Дополнительно к кожуре цитрусовых побочными продуктами процессов экстракции сока цитрусовых также являются центральная плацента цитрусовых, белый волокнистый пучок цитрусовых, семена, иные мембраны, выжимки и фильтрационные ретентаты. Такие плоды цитрусовых включают апельсины, грейпфруты, лайм, танжерин и лимон. До настоящего момента эти источники материала кожуры имели низкий коэффициент использования из-за негативных характеристик кожуры, которые могут считаться нежелательными в очень широком масштабе.

В прошлом были предприняты определенные попытки переработки побочных материалов кожуры цитрусовых от экстракции в продукты, которые имеют ценность, в отличие от применения в кормовых продуктах для скота. Один из таких подходов описан в патенте США 4497838 (Bonnell). Описывается способ извлечения «полезных» продуктов из кожуры апельсина при использовании противоточной экстракции растворителем, которую проводят не водным растворителем, таким как спирт. Из побочных продуктов кожуры цитрусовых собирают водный экстракт, который содержит подавляющую часть сахаров, эфирных масел и биофлаваноидов. Описывается получение продукта в виде сахарного сиропа, наряду с твердым продуктом «цветком апельсина» («orange flower»), который имеет высокое содержание целлюлозы и пектина.

Предпринимались другие попытки экстракции кожуры. В патенте США 4016351 (Eschinasi) описывается экстракция сока из кожуры добавлением воды и кальция к кожуре перед ее прессованием для получения фильтрпрессного осадка, который является продуктом этого патента. Кальций удаляют раствором щавелевой кислоты. В Патенте США 4313372 (Gerow) описывается влажная пульпа, смешанная с разбавленной подпрессовой жидкостью и дополнительно отпрессованная до максимально допустимого уровня для подпрессовой жидкости. Влажную кожуру подвергают обработке перегретым паром, материал смешивают с известью и фильтрпрессовый осадок сушат для сбора. В патентной заявке US № 2006/0204624, владелец патента Patist, описывается экстрагирование масла кожуры плодов цитрусовых обработкой смеси сухих веществ кожуры цитрусовых и воды приложением мощной ультразвуковой энергии, с последующим удалением масла кожуры из смеси. Khan et al. описали экстрагирование полифенолов из кожуры апельсинов при использовании этанола при помощи обработки ультразвуком. (M.K. Khan Abert-Vian, M.; Fabiano-Tixier, A.-S.; Dangles, O.; Chemat, F.; Ultrasound-assisted extraction of polyphenols (flavanone glycosides from orange (Citrus sinensis L.) peel. Food Chemistry, 1 19, 851-858)

Способы, предложенные в уровне техники, акцентированы на экстракции растворителем и химической обработке. В них не описывается получение дополнительных ценных источников питательных веществ, таких как пищевое волокно с низкой молекулярной массой, из побочных продуктов, предназначенных для низкосортных кормовых продуктов для животных, и трансформация того же самого в продукт, подходящий для потребления человеком. Следовательно, продолжает существовать необходимость в способе, позволяющем более полно реализовать потенциал побочных продуктов овощей и фруктов.

Другой способ экстракции питательных веществ из побочных продуктов описан в патенте US № 7485332, совладелец патента Chu, в нем описывается экстракция сока кожуры из кожуры цитрусовых при использовании воды. Экстрагированный сок кожуры подвергают технологической обработке для удаления естественным образом присутствующих компонентов, ухудшающих качество фруктового сока, такой как использование адсорбционной смолы. Полученный в результате обогащенный сок кожуры содержит воду, сахара, ароматические компоненты и масла. Однако экстракция сока кожуры не направлена на разрушение клеточных стенок кожуры цитрусовых для экстракции дополнительных питательных веществ из стенок.

Сущность приведенных здесь каждого из патентов или публикаций введены ссылкой.

Стенки растительных клеток, как правило, представляют собой структуру из сложных углеводов, которая содержит, например, питательные вещества в стенках и, без ограничения, растворимое пищевое волокно и нерастворимое пищевое волокно. Например, кожура апельсинов является богатым источником пищевых волокон и других нутритиентов. Она содержит около 40-50% пищевых волокон (по сухому веществу; содержание влаги составляет около 75%), и около половины пищевых волокон растворимы. Часть растворимого пищевого волокна содержит 10-15% пектиновых материалов, и остальное представляет собой гемицеллюлозу. Известно, что пищевое волокно не усваивается, то есть оно не разлагается ферментами, продуцируемыми человеком в желудке или тонком кишечнике, а используется кишечными бактериями в толстой кишке. Некоторые ферментируемые пищевые волокна классифицируют как пребиотики, поскольку они отвечают определенным критериям, установленным Gibson и Roberfroid (Gibson, G.R. and Roberfroid, M.B., eds. 2008. «Handbook of Prebitoics» CRC Press Taylor & Francis Group. Boca Raton, FL). Другие ферментируемые пищевые волокна могут иметь пребиотический потенциал, но отсутствует доказательство, необходимое, чтобы квалифицировать их как пребиотики. Хотя в настоящее время отсутствует юридическое определение для пребиотиков, данное регулирующими органами, доказательства потенциального положительного влияния на здоровье быстро растет, независимо от того, квалифицировано ли конкретное пищевое волокно или нет как «пребиотик».

Различия в структуре и композиции растворимого пищевого волокна в результате приводит к различным путям ферментации в толстой кишке. Используемый в описании термин «путь ферментации» относится к короткоцепочечным жирным кислотам, образовавшимся в результате метаболизма растворимого пищевого волокна кишечными бактериями, продуцирования газа и повышения уровня специфических бактерий, таких как бифидобактерии или лактобактерии в толстой кишке. Посредством модификации молекулярной структуры пищевого волокна при использовании технологической обработки можно оптимизировать путь ферментации для обеспечения медленной ферментации в толстой кишке, снижения газообразования и вздутия и повышения числа полезных бактерий.

Посредством экспериментов in-vitro и in-vivo пектин и гемицеллюлоза были определены как ферментируемое пищевое волокно. Также есть свидетельства из литературы и экспертного анализа, что пектиновые олигосахариды являются перспективными пребиотиками.

Пектин как гидроколоид не усваивается животными с однокамерным желудком, включая человека. Он проходит через желудок и тонкий кишечник, продвигаясь к толстому кишечнику в качестве субстрата для бактерий толстой кишки. Это было продемонстрировано на обеих моделях, как на животной, так и на человеческой модели. Пектин является в высокой степени ферментируемым субстратом, ферментируется полностью в толстой кишке, в отличие от других субстратов, таких как целлюлоза и гемицеллюлоза. Обзор свойств пектина как физико-химических, так и ферментируемости, и потенциального положительного влияния на здоровье доступны в (Endress, Hans Ulrich and Mattes, Frank. 2009. In Fiber ingredients: Food applications and health benefits. Susan Sung Cho and Priscilla Samuels, eds. CRC Press Francis Taylor Group, Boca Raton FL).

В ранней литературе с 1977 по 1995 продемонстрировано при использовании обеих моделей и животной, и человеческой, что ферментация пектина происходит в толстой кишке (Salyers, A. A., West. S.E.H., Vercelotti, Wilkins, T., 529. Fermentation of mucins and plant polysaccharides by anaerobic bacteria from the human colon. Applied and Environmental Microbiology. 1977: 529-533; Titgemeyer, E.C., Bourquin, L.D., Fahey, G. C, Garleb, K.A. 1991. Fermentability of various fiber sources by human fecal bacteria in vitro. Am J of Clinical Nutr 53: 1418-1424; Bourquin, L.D., Titgemeyer, E.C., Fahey Jr., G.C. 1993 Vegetable fiber fermentation by human fecal bacteria: Cell wall polysaccharide disappearance and short-chain fatty acid production during in vitro fermentation and water-holding capacity of unfermented residues. Journal of Nutr. 123: 860-869; Nicolini, L., Volpe, C, Pezzotti, A., Carilli, A. 1993. Changes in in-vitro digestibility of orange peels and distillery grape stalks after solid-state fermentation by higher fungi. Bioresource Technology 45(1): 17-20; Roth, J.A., Frankel, W.L., Zhang, W., Klurfeld, D.M., Rombeau, J.L. 1995 Pectin improves colonic function in rat short bowel syndrome. Journal of surgical research 58: 240-246; Sunvold, G.D., Hussein, H.S., G.C. Fahey, Jr., Merchane, N.R., and Reinhart, G.A. 1995. In vitro fermentation of cellulose, beet pulp, citrus pulp, and citrus pectin using fecal inoculums from cats, dogs, horses, humans, and pigs, and ruminal fluid from cattle. J Anim Scie 1995. 73:3639-3648). Пектин из разных фруктовых и овощных источников имеет значительное структурное (например, разветвленный по сравнению с линейным) и композиционное (например, содержание моносахаридов) многообразие (Fishman, M.L., El-Atawy, Y.S., Sondey, S.M., Gillespie, D.T., Hicks, K.B. 1991. Component and global average radii of gyration of pectins from various sources). Например, пектин сахарной свеклы имеет высокую степень разветвленности, в то время как коммерческие цитрусовые пектины имеют более линейную структуру.

Пектин с высокой степенью разветвленности не образует гели, наряду с таковым с более линейной структурой по меньшей мере из-за стерического затруднения и доступности сайтов связывания. Различия в путях ферментации были продемонстрированы исходя из этих структурных различий (Gulfi, M., Arrigoni, E., Amando, R. 2005. Influence of structure on in vitro fermentability of commercial pectins and partially hydrolysed pectin preparations. Carbohydrate Polymers 59:247-255; Gulfi, ML, Arrigoni, E., Amado, R. 2006. The chemical characteristics of apple pectin influence its fermentability in vitro. LWT 39: 1001-1004; Gulfi, M., Arrigoni E., Amado, R. 2007. In vitro fermentability of a pectin fraction rich in hairy regions. Carbohydrate Polymers, 67: 410-416). Кроме того, было показано, что степень метилирования оказывает влияние на путь ферментации путем проведения сравнения пектина с низким содержанием метоксильных групп и пектина с высоким содержанием метоксильных групп (Dongowski, G., Lorenz, A., Proll, J. 2002. The degree of methylation influences the degradation of pectin in the intestinal tract of rats and in vivo. J. Nutr. 132: 1935-1944). Не ясно, какие пектиновые структуры были бы более желательными для оптимального пути ферментации в толстой кишке.

Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «ферментируемость» относится к углеводам или другим веществам, которые в результате непереваривания пищевыми ферментами используются в толстом кишечнике кишечными бактериями в качестве источников энергии. Основными продуктами ферментации являются короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) ацетат, пропионат, бутират и в меньшей степени молочная, валериановая, изовалериановая и изомасляная. Ферментация также отвечает за продуцирование газа и метеоризм, включая водород, диоксид углерода и метан.

Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «пребиотик» имеет конкретное определение в уровне техники, и оно принимается одними официальными органами и не принимается другими. Впервые это определение было предложено и определено Gibson et al. (Gibson, G.R. and Roberfroid, M.B. 1995. Dietary modulation of the colonic microbiota: Introducing the concept of prebiotics. J. Nutr. 125: 1401-1412) и затем пересматривалось с течением времени до определения, используемого в настоящее время, которое представляет собой следующее: устойчивость к пищеварительным процессам в верхней части желудочно-кишечного тракта, ферментация кишечной микробиотой, и селективная стимуляция роста и/или активности ограниченного числа поддерживающих здоровье бактерий в микрофлоре. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «пребиотик» имеет такое же значение, как определено Roberfroid и Gibson. Согласно Roberfroid и Gibson существует только 3 пребиотических вещества, в достаточной степени отвечающих указанным выше критериям: инулин/ФОС, транс-галакто-олигосахариды и лактулоза. Однако существует некоторое расхождение между специалистами в этой области техники с определением Roberfroid и Gibson. Кроме того, в настоящее время не существует методических руководств FDA в отношении данных, заявленных на этикетках для пребиотиков.

Было ясно продемонстрировано, что пребиотики повышают оба: (1) популяции Bifidobacteria и Lactobacillus в толстой кишке и (2)количество короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) и других метаболитов посредством ферментации в толстой кишке. Остается неясным, до какой степени пребиотики влияют на здоровье, и какова польза для здоровья от потребления различных ферментируемых волокон. Было проведено очень мало исследований для понимания структуры углеводов (например, механизм связывания) и какие конкретные структуры метаболизируют бактерии, или как бактерии метаболизируют структуры.

Пектин как гидроколлоид, как правило, не потребляется на достаточно высоких уровнях для оказания в значительной степени влияния на здоровье кишечника, возможно, из-за высокой молекулярной массы пектина, которая в результате приводит к нежелательно высокой вязкости пищевых продуктов даже при низких уровнях. Некоторые исследователи провели исследование ферментативного модифицирования полисахаридов с более высокой молекулярной массой посредством гидролиза до олигосахаридов с более низкой молекулярной массой и более низкой вязкостью (Olano-Martin et al., 2002, Manderson, et al., 2005, Van Den Broek et al., 2008, Hotchkiss et al., 2009, Yamada et al., 2009).

Дальнейшие исследования ферментации пищевых волокон с низкой молекулярной массой, проводимые в фекалиях человека, показали потенциал пищевых волокон в качестве ингредиента для здоровья кишечника. Manderson et al. описывают использование пектиназ с кожурой цитрусовых скороспелых апельсинов Hamlin с получением пектиновых олигосахаридов со степенью полимеризации (СП) 3-15 при использовании химической обработки кожуры во время экстракции пектина (Manderson, K., Pinart, M., Tuohy, K.M., Grace, W.E., Hotchkiss, A.T., Widmer, W., Yadhav, M.P., Gibson, G.R., Rastall, R.A. 2005. In vitro determination of prebiotic potential of oligosaccharides derived from an orange juice manufacturing by-product stream. Applied and environmental microbiology. 71(12):8383-8389). Ферментируемость или пребиотические характеристики потенциально могут быть оптимизированы изменением структуры и молекулярной массы, каждое из которых может быть достигнуто посредством ферментов и других технологий обработки.

Другой половиной части растворимого пищевого волокна в кожуре апельсина, как правило, считается природная гемицеллюлоза. Гемицеллюлоза представляет собой очень сложный гетеро полимер и включает арабиноксилан, глюкуроноксилан, глюкоманнаны и ксилоглюканы наряду с другими полимерами. Гемицеллюлозу анализируют как волокно при использовании текущих международных методов AOAC, как в качестве растворимых волокон, так и в качестве нерастворимых волокон в зависимости от того, насколько тесно она связана с целлюлозой или другими материалами стенки клетки, такими как соединение с эфирами феруловой кислоты. Было проведено множество исследований гемицеллюлозы из зерновых источников в качестве ферментируемого и, возможно, пребиотического субстрата для демонстрации пребиотического потенциала пшеничных арабиноксиланов (Grootaert, C, Delcour, J., Courtin, CM., Broekaert, W.F., Verstraete, W., Vand de Wiele. 2007. Microbial metabolism and prebiotic potency of arabinoxylan oligosaccharides in the human intestine. Trends in Food Science and Technology. 18(2):64-71). О структуре гемицеллюлозы из конкретных фруктов и овощей известно мало, и ферментируемость гемицеллюлозы в настоящее время плохо определена.

Хотя в литературе описывается ферментируемость обоих, как пектина, так и пектиновых олигосахаридов, не описывается использование фруктовых или овощных побочных продуктов в качестве источников ферментируемого пищевого волокна с низкой вязкостью.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одним из преимуществ вариантов выполнения настоящего изобретения являются экстракция и модификация пектина и гемицеллюлозы из фруктовых или овощных побочных продуктов с получением в результате пищевого волокна с низкой вязкостью, пребиотического пищевого волокна или их комбинаций за счет разрушения и модификации материала стенок клеток растений. Другим преимуществом вариантов выполнения настоящего изобретения является получение пищевых волокон из таких побочных продуктов при использовании только физических и необязательно ферментативных процессов и без использования процессов химической модификации.

В одном аспекте настоящее изобретение относится к пищевому волокну с низкой молекулярной массой, содержащему пищевое волокно, экстрагированное их фруктовых или овощных побочных продуктов, с молекулярной массой от около 5000 грамм/моль (г/моль) до около 8000 г/моль. Пищевое волокно экстрагировано при использовании по меньшей мере одного физического метода или комбинации физического метода разрушения стенок клеток побочных продуктов и ферментативного гидролиза. В качестве альтернативы, пищевое волокно представляет собой пектиновый олигосахарид с молекулярной массой от около 300 г/моль до около 2500 г/моль.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу, включающему уменьшение размеров частиц фруктовых или овощных побочных продуктов, объединение частиц побочных продуктов с жидкостью с получением суспензии, необязательно нагревание суспензии для инактивации ферментов, присутствующих в частицах побочных продуктов, необязательно охлаждение суспензии, подвергание суспензии физическому процессу для разрушения стенок клеток частиц побочных продуктов, добавление в суспензию одного или более фермента, смешивание или перемешивание суспензии и фильтрование суспензии с получением ретентата и пермеата. Пермеат содержит растворимое пищевое волокно, которое необязательно представляет собой пребиотическое пищевое волокно.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу, включающему уменьшение размеров частиц фруктовых или овощных побочных продуктов, необязательно нагревание суспензии для инактивации ферментов, присутствующих в частицах побочных продуктов, необязательно охлаждение суспензии, подвергание суспензии физическому процессу для разрушения стенок клеток частиц побочных продуктов, добавление в суспензию одного или более фермента, смешивание или перемешивание суспензии и фильтрование суспензии с получением ретентата и пермеата. Пермеат содержит растворимое пищевое волокно, которые необязательно представляют собой пребиотические пищевые волокна.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к пищевому продукту с низкой молекулярной массой или пищевому волокну пектиновых олигосахаридов, экстрагированному из фруктовых или овощных побочных продуктов, причем пищевое волокно экстрагировано при использовании по меньшей мере одного физического процесса или комбинации физического процесса и ферментативного гидролиза фруктовых или овощных побочных продуктов.

Специалисту в данной области после ознакомления с приведенным ниже описанием конкретных приведенных в качестве примера вариантов выполнения способов и продуктов по настоящему изобретению будет понятно, что по меньшей мере некоторые варианты выполнения настоящего изобретения имеют улучшенные или альтернативные композиции, подходящие для обеспечения заданных профилей вкуса, питательных характеристик и тому подобное. Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения или конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения будут более понятны специалисту в данной области из следующего описания приведенных в качестве примера вариантов выполнения настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1a - технологическая схема способа получения пищевых волокон из фруктовых или овощных побочных продуктов согласно варианту изобретения.

Фиг.1b - технологическая схема способа получения пищевых волокон из фруктовых или овощных побочных продуктов по альтернативному варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг.2 - схема устройства для получения пищевых волокон из фруктовых или овощных побочных продуктов согласно варианту изобретения.

Фиг.3 - график растворимого пищевого волокна и нерастворимого пищевого волокна, экстрагированных из кожуры цитрусовых согласно варианту изобретения.

Фиг.4 - график растворимого пищевого волокна и нерастворимого пищевого волокна, экстрагированных из кожуры цитрусовых по альтернативному варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг.5 - график измеренной вязкости экстрактов из кожуры цитрусовых согласно варианту изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Преимуществом настоящего изобретения является обеспечение способов разрушения стенок клеток растений фруктовых или овощных побочных продуктов и экстрагирования питательных веществ из этих клеток растений. Преимуществом по меньшей мере конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения является модификация питательных веществ, экстрагированных из побочных продуктов для селективного получения компонентов пищевых волокон, например, без ограничения, полисахаридов, олигосахаридов, пищевых волокон с низкой молекулярной массой, пребиотических пищевых волокон и их комбинаций. Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение пищевых или питьевых продуктов с заданным внешним видом, вкусом и с полезными для здоровья свойствами. Преимуществом по меньшей некоторых вариантов выполнения настоящего изобретения является получение пищевых или питьевых продуктов с повышенным содержанием пищевых волокон. Другим преимуществом настоящего изобретения является применение питательных веществ, полученных при переработке фруктов и овощей, которые в противном случае были бы удалены как побочные продукты. Эти и другие преимущества и признаки настоящего изобретения или его конкретных вариантов выполнения будут более понятны специалисту в данной области из следующего описания приведенных в качестве примера вариантов выполнения настоящего изобретения.

Как указано выше, преимуществом настоящего изобретения является получение способов разрушения стенок клеток растений фруктовых или овощных побочных продуктов и экстрагирования питательных веществ из этих клеток растений. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «побочный продукт» относится к любой пищевой части, которую в норме экстрагируют из фрукта или овоща и, как правило, удаляют в процессе переработки фруктов или овощей. Переработка может включать экстракцию сока, технологическую обработку сока (например, удаление из сока сухих веществ осветлением), удаление частей, которые обеспечивают негативные характеристики (например, нежелательный вкус, текстура, внешний вид и тому подобное) и их комбинации. Побочные продукты могут представлять собой, например, без ограничения кожуру, центральную плаценту цитрусовых, белый волокнистый пучок цитрусовых, семена, корку, выжимки, ощущаемые сухие вещества (sensible solid), осевшие на дно сухие вещества, везикулы, сухие вещества с финишера, пульпу, соковые мешочки, перикарп, мембраны, целлюлозные материалы, гомогенизированную пульпу, сердцевину, семечки плода, альбедо, флаведо и их комбинации.

Используемый в описании термин «сухие вещества с финишера» относится в общем к сухим веществам, удаленным из сока, который был экстрагирован из фруктов и/или овощей. Такие сухие вещества могут включать без ограничения материал из кожуры, семян, мембран, целлюлозных материалов и ощущаемую пульпу, такую как густая (откусываемая) фруктовая пульпа, везикулы фруктов, и/или соковые мешочки фруктов, которые как правило, удаляют из сока на стадии финиширования в зависимости от конкретного типа фруктов или овощей.

Источник конкретных фруктовых или овощных побочных продуктов без ограничения может включать, например, один или более побочный продукт из следующих: апельсина, лимона, лайма, танжерина, мандарина, танжело, помело, грейпфрута, винограда, красного винограда, сладкого картофеля, томата, сельдерея, свеклы, салата-латука, шпината, кочанной капусты, артишока, брокколи, брюссельской капусты, цветной капусты, кресса водяного, горошка, бобов, чечевицы, спаржи, лука, лука-порея, кольраби, редиса, репы, брюквы, ревеня, моркови, огурца, цуккини, баклажана, калины, клюквы, ананаса, персика, банана, яблок, груш, гуавы, абрикоса, арбуза, ирги ольхолистной, голубики, равнинных ягод (plains berry), степных ягод (prairie berry), тутовника, бузины, барбадосской вишни (мальпигия), карликовой черемухи, фиников, кокосов, оливок, малины, клубники, черники, логановой ягоды, смородины, ежевики сизой, бойзеновой ягоды, киви, вишни, ежевики, айвы, крушины, маракуй, терна, рябины, крыжовника, граната, хурмы, манго, корня ревеня, папайи, личи, сливы, чернослива, фиников, смородины, акажу инжира или их комбинаций. Специалисту в данной области, принимая во внимание преимущества этого описания, понятно, что множество различных дополнительных и альтернативных жидкостей фруктов или овощей подходят для применения по меньшей мере в конкретных приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения.

Конкретные питательные вещества, которые могут быть получены из фруктовых или овощных побочных продуктов, зависят от конкретных фруктов или овощей наряду с частью фрукта или овоща, из которого получают побочный продукт. Примеры питательных веществ, которые могут быть экстрагированы из фруктовых или овощных побочных продуктов, включают без ограничения растворимое пищевое волокно, нерастворимое пищевое волокно, пектин, целлюлозу, гемицеллюлозу, витамины, минеральные вещества, моносахариды, дисахариды, олигосахариды, масла, фитонутриенты (например, флаваноиды и другие биологически активные компоненты и их комбинации).

Например, типичная кожура апельсина может содержать от около 40 вес.% до около 50 вес.% пищевого волокна, из которого почти половина представляет собой растворимое пищевое волокно. Дополнительно, потенциально существует возможность трансформировать некоторые волокна, например нерастворимое пищевое волокно в растворимое пищевое волокно при использовании технологической обработки. Растворимое пищевое волокно желательно в виде ферментируемых и, возможно, пребиотических пищевых волокон с широким спектром положительного влияния на здоровье. От около 10 вес.% до около 15 вес.% кожуры составляет пектин, который, как указано выше, является биологически активной молекулой. Дополнительно, кожура апельсинов содержит компоненты, такие как вода, ароматизаторы, сахара, масла и флавоноиды. Такие компоненты включают флавоноиды, такие как флавоны гесперидина (как правило, присутствующие в апельсиновом соке в количестве 350-7000 мг/литр), глюкозид гесперидина, нарирутин (как правило, присутствующие в апельсиновом соке в количестве 18-65 мг/литр), глюкозид наринрутина, эриодиктоил, таксифолин, нарингенин, изосакуранетин и тому подобное. Также включают каротеноиды и полифенольные соединения, такие как пара-винилгваякол (PVG).

Для получения максимально возможного количества питательных веществ из фруктовых или овощных побочных продуктов следует разрушить стенки клеток растений с выделением, таким образом, нутритивных компонентов их клеток фруктовых или овощных побочных продуктов. Подходящие способы разрушения стенок клеток включают физические способы, например, без ограничения, резку, измельчение продольной и поперечной резкой, резку ломтиками, измельчение дроблением, измельчение с приложением сдвигового усилия, экструдирование, гомогенизацию, измельчение в порошок, тонкое измельчение, обработку кавитацией, приложением давления, нагреванием, прессованием, замораживанием, дистилляцией, выпариванием, кристаллизацией, фильтрованием, обработку импульсным электрическим полем и их комбинации. Дополнительно, обработка кавитацией включает, например, без ограничения обработку кавитацией с приложением ультразвуковой частоты, циклической вакуум-нуклеацией, гидродинамической кавитацией, кавитацией через внешний преобразователь и их комбинаций.

Использование кавитации, такой как с приложением ультразвуковой частоты к жидкой композиции, содержащей клетки растений, приводит к возникновению кавитационных пузырьков, которые сообщают жидкости высокое сдвиговое усилие, и энергия волн приводит к разрушению кавитационных пузырьков. Эта энергия приводит к проникновению жидкости в поры стенок клетки растений. Как только жидкость распространяется в стенках клетки растений, она может поддерживать кавитацию, которая дополнительно открывает поры стенки клеток растений и таким образом усиливает экстракцию из них компонентов, таких как компоненты с низкой молекулярной массой. Дополнительно, высокие уровни энергии при приложении ультразвуковой частоты также могут разрушить стенки клеток растений с выделением клеточного материала и обеспечивают фрагменты стенок клеток растений. Кавитация за счет приложения ультразвуковой частоты может быть проведена в пределах амплитуд, например, без ограничения от около 5 микрон до около 150 микрон.

Те же общие принципы применимы для кавитации через внешний преобразователь, кавитации с циклической вакуум-нуклеацией и для гидродинамической кавитации. Например, кавитация через внешний преобразователь включает устройство, расположенное на внешней поверхности устройства, оказывающего воздействие, которое конвертирует энергию и генерирует кавитационные пузырьки в жидкой композиции, находящейся внутри устройства, оказывающего воздействие. Циклическая вакуум-нуклеация включает переменное приложение избыточного и отрицательного давления к жидкой композиции для создания кавитации. Гидродинамическая кавитация включает приложение низкого давления для испарения жидкости в жидкой композиции, формируя таким образом полости, которые взрываются из-за окружающего их высокого давления.

Было обнаружено, что определенные процессы и комбинации процессов приводят к получению пектиновых олигосахаридов, пищевых волокон с низкой молекулярной массой или их комбинаций из фруктовых или овощных побочных продуктов. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения, как только одно или более питательных веществ экстрагированных из фруктовых или овощных побочных продуктов, может быть проведена модификация питательных веществ. Например, нерастворимое пищевое волокно и другие пищевые волокна с высокой молекулярной массой необязательно подвергают гидролизу для снижения размера молекул пищевых волокон. Один из способов гидролиза пищевых волокон включает использование ферментов, например, без ограничения целлюлазного фермента, пектиназного фермента, гемицеллюлазного фермента, эндоцеллюлазного фермента, экзоцеллюлазного фермента, целлобиазного фермента, целлюлоза-фосфорилазного фермента, фермента из семейства лиаз или их комбинаций.

В конкретных аспектах настоящего изобретения такой гидролиз повышает соотношение в экстракте растворимого пищевого волокна к нерастворимым пищевым волокнам. В вариантах выполнения настоящего изобретения ферментативный гидролиз обеспечивает пребиотические пищевые волокна, такие как пектиновые олигосахариды или другие пищевые волокна с низкой молекулярной массой. Неожиданно комбинация ферментативного гидролиза и физического разрушения стенок клеток позволяет обеспечить растворимое пищевое волокно с целевыми пределами молекулярной массы. Это неожиданно, поскольку, по меньшей мере, определенные физические процессы приводят к инактивации ферментов, однако комбинация кавитации ультразвуком, ферментативного гидролиза, нагревания и приложения давления успешно экстрагирует пищевые волокна из стенок клеток фруктовых побочных продуктов и снижает молекулярную массу пищевых волокон.

Обратимся к чертежам, на которых аналогичные номера относятся к аналогичным элементам. На Фиг.la приведена технологическая схема общего процесса получения питательных веществ из фруктовых или овощных побочных продуктов согласно конкретному варианту выполнения настоящего изобретения. Такой общий процесс, как правило, включает получение 100 фруктовых и/или овощных побочных продуктов, уменьшение 110 размера побочных продуктов для увеличения площади поверхности для экстракции, комбинирование 120 частиц побочных продуктов с жидкостью, например, без ограничения с водой, фруктовым соком, овощным соком или их комбинациями, с получением суспензии, необязательно инактивацию 122 естественным образом присутствующих ферментов в побочных продуктах нагреванием суспензии с последующим охлаждением 124 суспензии, разрушение 130 стенок клеток частиц фруктовых или овощных побочных продуктов при использовании по меньшей мере одного физического процесса для увеличения площади поверхности частиц и добавление 140 одного или более выбранного фермента в суспензию. Затем стенки клеток частиц фруктовых или овощных побочных продуктов снова разрушают 150 при использовании по меньшей мере одного физического процесса с последующим удалением 160 крупных частиц сухих веществ и выделение 170 модифицированного пищевого волокна. Выделенное пищевое волокно и необязательно одно или более экстрагированное питательное вещество затем добавляют 180 в пищевой продукт для повышения питательности пищевого продукта.

На Фиг.lb приведена технологическая схема альтернативного процесса получения питательных веществ из фруктовых или овощных побочных продуктов согласно конкретному варианту выполнения настоящего изобретения. Такой общий процесс, как правило, включает получение 100 фруктовых и/или овощных побочных продуктов, уменьшение 110 размера побочных продуктов для увеличения площади поверхности для экстракции, необязательно инактивацию 122 естественным образом присутствующих ферментов в побочных продуктах нагреванием суспензии с последующим охлаждением 124 суспензии, разрушение 130 стенок клеток частиц фруктовых или овощных побочных продуктов при использовании по меньшей мере одного физического процесса для увеличения площади поверхности частиц, и добавление 140 одного или более выбранного фермента в суспензию. Затем стенки клеток частиц фруктовых или овощных побочных продуктов снова разрушают 150 при использовании по меньшей мере одного физического процесса с последующим удалением 160 крупных частиц сухих веществ и выделение 170 модифицированного пищевого волокна. Выделенное пищевое волокно и необязательно одно или более экстрагированных питательных веществ затем добавляют 180 в пищевой продукт для повышения питательности пищевого продукта. Согласно вариантам выполнения способов по настоящему изобретению отсутствует необходимость в добавлении жидкости с получением суспензии, поскольку фруктовые или овощные побочные продукты включают достаточное количество жидкости для проведения физического процесса и ферментативного процесса. Дополнительно, когда частицы побочных продуктов от определенных фруктов и овощей подвергают физическому процессу для разрушения стенок клеток частиц, при образовании суспензии выделяется дополнительная жидкость.

Согласно конкретным вариантам выполнения настоящего изобретения питательные вещества получают из фруктовых или овощных побочных продуктов при использовании только одного или нескольких физических процессов, а именно разрушение стенок клеток растений с выделением таким образом нутритивных компонентов из клеток фруктовых или овощных побочных продуктов. Подходящие способы разрушения стенок клеток включают физические способы, например, без ограничения, резку, измельчение продольной и поперечной резкой, резку ломтиками, измельчение дроблением, измельчение с приложением сдвигового усилия, экструдирование, гомогенизацию, измельчение в порошок, тонкое измельчение, обработку кавитацией, приложением давления, нагреванием, прессованием, замораживанием, дистилляцией, выпариванием, кристаллизацией, фильтрованием, обработку импульсным электрическим полем и их комбинации. Обработка фруктовых или овощных побочных продуктов при использовании одного определенного или более из указанных выше процессов в конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения позволяет получить указанные в описании настоящей патентной заявки пищевые волокна.

Фруктовые или овощные побочные продукты могут быть получены с любого процесса переработки фруктов или овощей, в результате которого получают одну или более часть фруктов или овощей, которую обычно удаляют как нежелательную. Как указано выше, побочные продукты могут включать по меньшей мере один из множества компонентов, например без ограничения, кожуру, центральную плаценту цитрусовых, белый волокнистый пучок цитрусовых, семена, корку, выжимки, ощущаемые частицы сухих веществ, осевшие на дно частицы сухих веществ, везикулы, сухие вещества с финишера, фильтрационный ретентат, полученный при осветлении, пульпу, соковые мешочки, перикарп, мембраны, целлюлозные материалы, и их комбинации. Размер частиц фруктовых или овощных побочных продуктов варьирует в зависимости от конкретного типа побочных продуктов, например, у кожуры и центральной плаценты цитрусовых он будет значительно больше, чем у фильтрационного ретентата, полученного при осветлении или сухие вещества с финишера. Размер частиц побочных продуктов уменьшают согласно аспектам настоящего изобретения при использовании подходящих средств, как правило, одного или более физического средства, приведенного в описании настоящей патентной заявки, в качестве подходящего для разрушения стенок клеток растений; а именно, например, без ограничения резку, измельчение продольной и поперечной резкой, резку ломтиками, измельчение дроблением, измельчение с приложением сдвигового усилия, экструдирование, гомогенизацию, измельчение в порошок, тонкое измельчение, обработку кавитацией (например, приложением ультразвуковой частотой), приложением давления и их комбинации.

Согласно конкретным вариантам выполнения настоящего изобретения частицы с уменьшенным размером фруктовых или овощных побочных продуктов имеют диаметр в одной плоскости по меньшей мере от около 1 мм до около 50 см или от около 0,1 мм до около 1 см, или от около 0,01 мм до около 1 мм, или от около 1 мм до около 5 мм. Соответственно, побочные продукты конкретных фруктов или овощей могут не требовать дополнительной обработки, чтобы соответствовать заданным пределам размеров частиц. Дополнительно, известно, что размеры частиц менее чем 0,005-0,01 миллиметров не определяются языком, и частицы ощущаются гладкими аналогично жиру. Дополнительная модификация размеров частиц при использовании физических средств позволяет увеличить фракцию мелких частиц, которая будет легче суспендироваться в жидком продукте и не ощущается как песчанистое пищевое волокно.

Частицы побочных продуктов необязательно комбинируют с жидкостью с получением суспензии для экстракции компонентов из частиц. Весовое соотношение частиц побочных продуктов к жидкости составляет в пределах от около 1:99 до около 3:1 или от около 1:50 до около 3: 1, или от около 1:25 до около 3:1, или от около 1:10 до около 2:1, или от около 1:4 до около 2:1, или от около 1:2 до около 1:1, или от около 1:2 до около 2:1. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения в последовательном процессе экстракции более чем одна фракция жидкости может быть скомбинирована с частицами побочных продуктов.

Как правило, фруктовые или овощные побочные продукты содержат один или более естественным образом присутствующий фермент, который необязательно может инактивироваться для предотвращения нежелательной деградации компонентов в побочном продукте и жидком экстракте побочного продукта. Может быть использован любой подходящий способ инактивации, известный специалисту в данной области такой как нагревание частиц или суспензии до температуры, достаточной для инактивации одного или более фермента. После любого нагревания частицы или суспензия могут быть охлаждены для предотвращения вызванного нагреванием повреждения любого другого компонента частиц или суспензии.

В вариантах выполнения настоящего изобретения один или более выбранный фермент добавляют в частицы или суспензию побочного продукта для гидролиза или разрушения по меньшей мере одного типа пищевых волокон, экстрагированных из стенок клеток растений побочных продуктов. Подходящие ферменты включают ферменты, нацеленные на конкретное пищевое волокно с получением таким образом определенного пищевого волокна со средней молекулярной массой в одних или более заранее заданных пределах. Согласно конкретным аспектам настоящего изобретения в частицы или суспензию добавляют более чем один фермент, где каждый фермент гидролизует один или более тип пищевых волокон до различных средних молекулярных масс. Такие комбинации ферментов преимущественно обеспечивают возможность получения смесей конкретных заданных растворимого пищевого волокна с низкой молекулярной массой, которые оказывают различное положительное влияние на здоровье. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения гидролизованное пищевое волокно имеет молекулярную массу 5000 грамм/моль (г/моль) или более, такую как от около 5000 г/моль до около 8000 г/моль, или от около 5000 г/моль до около 7000 г/моль, или от около 5000 г/моль до около 6000 г/моль, или от около 5200 г/моль до около 7700 г/моль, или от около 5500 г/моль до около 7500 г/моль, или от около 5700 г/моль до около 7000 г/моль, или от около 5500 г/моль до около 8000 г/моль, или от около 6500 г/моль до около 8000 г/моль.

В противоположность, для пробиотических олигосахаридов молекулярная масса составляет от около 300 г/моль до около 2500 г/моль, или от около 400 г/моль до около 2200 г/моль, или от около 500 г/моль от около 2000 г/моль, или от около 700 г/моль до около 1800 г/моль, или от около 900 г/моль до около 1600 г/моль, или от около 1000 г/моль до около 1400 г/моль, или от около 300 г/моль до около 800 г/моль, или от около 300 г/моль до около 1200 г/моль, или от около 300 г/моль до около 1500 г/моль, или от около 500 г/моль до около 1000 г/моль, или от около 600 г/моль до около 2500 г/моль, или от около 800 г/моль до около 2500 г/моль, или от около 1000 г/моль до около 2500 г/моль. Преимущественно смесь олигосахаридов и полисахаридов с более высокой молекулярной массой будет обеспечивать оптимальный путь ферментации в толстой кишке человека. Примеры подходящих ферментов включают, например, без ограничения пектиназный фермент, целлюлазный фермент, гликозидгидролазы, полисахаридные лиазы, карбогидрат-эстеразы, гемицеллюлазный фермент, эндоцеллюлазный фермент, экзоцеллюлазный фермент, целлобиазный фермент, целлюлоза-фосфорилазный фермент, фермент из семейства лиаз или их комбинации. Например, типичный фермент представляет собой пекниназу, добавленную в очень малой концентрации, такой как порядка от около 20 частей на миллион до около 30 частей на миллион (то есть, миллиграмм на литр). Как правило, один или более фермент присутствует в суспензии побочного продукта в течение от около 15 до около 60 минут и при температуре вплоть до 120 градусов Фаренгейта (около 50°С). Такая ферментативная обработка полезна для разрушения пектина и выступает в качестве технологической добавки.

Для разрушения стенок клеток растений и повышения количества нутритивных компонентов, выделенных из клеток фруктовых или овощных побочных продуктов, по существу подходят физические способы, по меньшей мере потому, что физические способы, как правило, приводят к получению продуктов, которые считаются натуральными, в противоположность продуктам, полученным при проведении химической обработки. Как указано выше, подходящие физические способы разрушения стенок клеток фруктовых или овощных побочных продуктов включают, например, без ограничения резку, измельчение продольной и поперечной резкой, резку ломтиками, измельчение дроблением, измельчение с приложением сдвигового усилия, экструдирование, гомогенизацию, измельчение в порошок, тонкое измельчение, обработку кавитацией, приложением давления, нагреванием, обработку импульсным электрическим полем и их комбинации. Обработка фруктовых или овощных побочных продуктов при использовании одного определенного или более из указанных выше процессов в конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения позволяет получить указанные в описании настоящей патентной заявки пищевые волокна. Как указано выше, обработка кавитацией включает, например, без ограничения обработку кавитацией с приложением ультразвуковой частоты, циклической вакуум-нуклеацией, гидродинамической кавитацией, кавитацией через внешний преобразователь и их комбинации. Подходящее устройство для уменьшения размера частиц коммерчески доступно от таких производителей, как Korenco, Admix Inc. и Silverson.

Согласно вариантам выполнения настоящего изобретения применяют только один единственный физический метод разрушения стенок клеток растений. Согласно конкретным вариантам выполнения настоящего изобретения комбинируют два или более физических способа, таких как нагревание, обработку кавитацией с приложением ультразвуковой частоты, измельчение дроблением и приложением давления. В конкретных аспектах настоящего изобретения фруктовые или овощные побочные продукты последовательно подвергают воздействию различных физических способов. Выход растворимых сухих веществ, экстрагированных из побочных продуктов, может быть повышен нагреванием с повышением температуры частиц или суспензии побочных продуктов выше комнатной температуры. Верхние пределы температуры могут быть выбраны в зависимости от чувствительности к нагреванию одного или более компонентов частиц или суспензии побочных продуктов, например, фермента. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения частицы или суспензию побочных продуктов не подвергают нагреванию выше температуры около 120 градусов Фаренгейта (около 50°С). В случае, когда частицы или суспензия не содержат чувствительных к нагреванию компонентов, частицы или суспензия могут быть нагреты до температуры вплоть до близкой к кипению, например, около 208 градусов Фаренгейта (около 98°С).

Обратимся к Фиг.2, на ней показано простое устройство 200 для экстракции питательных веществ из побочного продукта - кожуры апельсинов. Устройство включает двустенный котел с рубашкой 210 для нагревания и смешивания частиц или суспензии частиц побочных продуктов, сонотродную установку 220, установленную для получения ультразвуковых частот, насос 230 для циркуляции частиц или суспензии частиц побочных продуктов между двустенным котлом с рубашкой 210 и установленным сонотродом 220, и игольчатым клапаном 240 для регулирования противодавления, прилагаемого к системе. Сонотрод 250 может иметь как радиальную, так и аксиальную конструкцию.

Для экстракции питательных веществ в промышленном масштабе согласно конкретным вариантам выполнения настоящего изобретения может быть использовано устройство гидродинамической кавитации. Например, может быть использовано устройство, аналогичное устройству гидродинамической кавитации, описанному в заявке на патент US № 2009/01836383 автор Mancosky, описывающей экстракцию сахара, крахмала и/или углеводов из побочных кормовых. Такое устройство подвергает частиц или суспензии частиц побочных продуктов воздействию ударных волн, возникающих при кавитации в кавитационном реакторе.

После ферментативного разрушения пищевых волокон в экстракте побочного продукта, крупные частицы сухих веществ удаляют из частиц или суспензии частиц побочных продуктов при использовании фильтра. Полученный в результате пермеат содержит растворимые экстрагированные питательные вещества, наряду с небольшим количеством нерастворимых компонентов, суспендированных в жидкости. Необязательно затем жидкость пастеризуют, но не только для микробиологической стабильности жидкости, но и для инактивации одного или более добавленного фермента в жидком пермеате. Если требуется, пастеризованная жидкость может быть использована в качестве добавки в пищевой продукт для получения пищевых волокон с низкой молекулярной массой, пребиотическими пищевыми волокнами и их комбинациями, наряду с различными другими питательными веществами, экстрагированными из фруктовых или овощных побочных продуктов. В вариантах выполнения настоящего изобретения пищевые волокна выделяют из жидкого пермеата, например, проведением лиофильной сушки.

Для выделения фракции пищевых волокон с заданной молекулярной массой может быть использована установка для микро или ультрафильтрации. Типичная ультрафильтрационная мембрана такого типа будет иметь минимальный размер пор около 0,005 микрон, что приводит к отсечению по молекулярной массе (MWCO) около 1000 г/моль. Типичная ультрафильтрационная мембрана такого типа будет иметь максимальный размер пор около 0,1 микрона, что приводит к 500000 MWCO. Типичная микрофильтрационная мембрана такого типа будет иметь пределы размеров пор от около 0,1 микрона до около 3,0 микрона, предпочтительно от около 0,3 микрона до около 3,0 микрон.

Примеры некоторых подходящих растворимого пищевого волокна для целей экстракции и разрушения, приведенные в описании настоящей патентной заявки, включают, например, без ограничения галактооолигосахариды, пектиновые и арабиноксилоолигосахариды, резистентный крахмал, ксилоглюканы, глюкуроноксиланы и их комбинации.

Пищевые продукты, в которые могут быть добавлены пищевые волокна, экстрагированные из фруктовых или овощных побочных продуктов, по существу не ограничены. Примеры подходящих пищевых продуктов включают, например, без ограничения напиток, суп, спрэд, пудинг, смузи, закусочный пищевой продукт и злаковые продукты. Преимущества добавления пищевых волокон с низкой молекулярной массой по вариантам выполнения настоящего изобретения включают обеспечение благоприятного пути ферментации в толстой кишке, такого как обеспечиваемый пребиотическими пищевыми волокнами. Кроме того, дополнительные преимущества включают добавление пищевых волокон без сопутствующего значительного повышения вязкости пищевого продукта, наряду с усилением чувства сытости, обеспеченного потреблением пищевого продукта. Способы по аспектам настоящего изобретения позволяют в результате получить пищевые волокна, которые будут считаться как полученные натуральным образом, что позволяет таким образом маркировать пищевой продукт как 100% натуральный. Добавление пищевых волокон с низкой молекулярной массой позволяет более полно использовать фрукт или овощ, из которого они получены, чем это имело место в уровне техники.

Питьевые продукты по настоящему изобретению включают напитки, то есть жидкие композиции готовых к потреблению напитков, концентраты напитков и тому подобное. Питьевые продукты включают, например, газированные и не газированные безалкогольные напитки, напитки для фонтана, замороженные готовые к потреблению напитки, кофейные напитки, чайные напитки, молочные напитки, порошкообразные безалкогольные напитки, наряду с жидкими концентратами, ароматизированной водой, обогащенной водой, фруктовым соком и напитком со вкусом и ароматом фруктов, спортивные напитки и алкогольные напитки. Используемые в описании настоящей патентной заявки термины «концентрат напитка» и «сироп» взаимозаменяемы. По меньшей мере, в конкретных, приведенных в качестве примера вариантах выполнения концентраты напитков получают с использованием начального объема воды, в который добавляют дополнительные ингредиенты. Композиции готовых восстановленных напитков могут быть получены из концентрата напитков добавлением в концентрат дополнительных объемов воды. Как правило, например, готовые восстановленные напитки могут быть получены из концентратов комбинированием около 1 части концентрата с в пределах от около 3 до около 7 частей воды. В конкретных, приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения готовый восстановленный напиток получают комбинированием 1 части концентрата с 5 частями воды. В конкретных, приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения дополнительная вода, используемая для получения готового восстановленного напитка, представляет собой газированную воду. В конкретных, приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения готовый восстановленный напиток получают напрямую, без получения концентрата и последующего его разбавления.

Полученные не из концентрата или NFC соки становятся все более популярными у потребителей по различным причинам, таким как их свежий вкус и питательный профиль. Эти NFC соки должны отвечать определенным стандартным критериям идентичности. Среди этих критериев минимум Брикс и минимальное соотношение Брикс к кислоте. Например, Управление по контролю качества пищевых продуктов, лекарственных и косметических средств США установило стандарты для соков, таких как апельсиновый сок. В 21 CFR ( Свод Федеральных правил) Section (Раздел) 146.140, введен здесь ссылкой, указывается, что готовый пастеризованный апельсиновый сок содержит не более 10,5 вес.% растворимых сухих веществ от веса апельсинового сока, за исключением сухих веществ любых добавленных подслащивающих ингредиентов. В этой норме FDA дополнительно указывается, что соотношение Брикс к граммам лимонной кислоты на 100 мл сока должно составлять не менее чем 10 к 1. Эти критерии признаются в области получения плодовых и овощных соков для пастеризованного апельсинового сока или сока прямого отжима, что подходит для NFC апельсинового сока. Следует понимать, что эти стандартные критерии идентичности в описании настоящей патентной заявки используют по отношению к NFC апельсиновому соку или пастеризованному апельсиновому соку прямого отжима. Эти же стандартные критерии идентичности применяются к другим пастеризованным сокам прямого отжима. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения NFC соки, содержащие экстрагированное пищевое волокно, полученное из тех же фруктов или овощей, что и NFC сок, добавляют в NFC сок без оказания негативного влияния на стандарт идентичности NFC сока.

Аналогично, Управление по контролю качества пищевых продуктов, лекарственных и косметических средств США установило стандарты для маркировки пищевых продуктов, включая маркировку соков. В 21 CFR (Свод Федеральных правил) Section (Раздел) 101.30, указывается, что напитки, содержащие «100-процентные соковые и не соковые ингредиенты, которые в результате не приводят к снижению растворимых сухих веществ сока, или в случае отжатого сока, к изменениям в объеме, при подаче декларации о соответствии компонентов 100-процентному соку на комиссию по маркировке, без указания перечня ингредиентов, следует сопровождать фразой «с добавлением», пропуск заполняют в зависимости от конкретного случая, используя такие термины, как «ингредиент(ы)», «консервант» или «подсластитель» (например, «100% сок с добавлением подсластителя»), за исключением того, что в случае присутствия не сокового ингредиента(ов), который заявляется как часть перечня идентичности продукта, нет необходимости сопровождать 100-процентный сок этой фразой. Следовательно, поскольку гомогенизированная пульпа и сухие вещества, извлеченные из финишера, являются ингредиентами, входящими в стандарт идентичности сока, соковые напитки по конкретным вариантам выполнения настоящего изобретения могут быть маркированы, как «100 процентный сок».

В альтернативных вариантах выполнения настоящего изобретения могут быть получены соковые напитки, не являющиеся 100% соком. Например, соковые напитки могут состоять из сокового концентрата (FC), который представляет собой сок, концентрированный удалением воды и затем разведенный, с получением по меньшей мере минимального Брикс, в зависимости от типа сока. Например, апельсиновый сок должен иметь минимальный уровень Брикс 11,8, в то время как виноградный сок должен иметь минимальный уровень Брикс 10,0. Другие варианты выполнения настоящего изобретения включают соковые напитки, включающие таковые с пониженной калорийностью, легкие или низкокалорийные. Как правило, такие напитки включают сок, дополнительную воду и другие добавляемые ингредиенты для обеспечения заданного вкуса, такие как некалорийные подсластители. Включение пищевых волокон позволяет повысить чувство насыщения после потребления пищевого продукта или напиткового продукта по сравнению с продуктом без добавленного пищевого волокна.

Следует понимать, что соковые напитки и другие пищевые или питьевые продукты по настоящему изобретению могут иметь множество различных конкретных композиций или входящих в композицию ингредиентов. Как правило, NFC и/или 100% соковый напиток по настоящему изобретению включает сок и пищевые волокна, экстрагированные из фруктовых или овощных побочных продуктов. Композиция напиткового продукта по настоящему изобретению может варьировать до некоторой степени в зависимости от таких факторов, как сегмент рынка, для которого предназначен продукт, заданные питательные характеристики, профиль вкуса и аромата и тому подобное.

Например, как правило, необязательно добавлять дополнительные ингредиенты в композицию конкретного варианта выполнения напитка по настоящему изобретению, включая любую композицию напитка по настоящему изобретению, в частности, если не требуется, чтобы соковый напиток соответствовал конкретному стандарту идентичности. Могут быть добавлены дополнительные (то есть больше и/или другой) подсластители, ароматизаторы, добавки (например, кусочки фруктов, пищевые волокна, овсяная мука или орехи), электролиты, витамины, тастанты, маскирующие агенты и тому подобное, усилители вкуса и аромата и/или карбонизаторы, как правило, могут быть добавлены в любую такую композицию для варьирования вкуса, ощущения во рту при потреблении, питательных характеристик и тому подобного.

В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения сок является основным ингредиентом напитков по настоящему изобретению, как правило, он является транспортом или основной жидкой частью, в которой растворены, эмульгированы, суспендированы или диспергированы остальные ингредиенты. Соки, подходящие для использования по меньшей мере в конкретных приведенных в качестве примера вариантах выполнения питьевых продуктов по настоящему изобретению, включают, например, плодовые, овощные и ягодные соки. Соки могут быть использованы в настоящем изобретении в форме сока прямого отжима, NFC сока, 100% чистого сока, концентрата сока, сока-пюре или других подходящих форм. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «сок» включает сок прямого отжима плодов, ягод или овощей, наряду с концентратами, пюре, млечными соками и другими формами. Для получения напитка с заданным вкусом и ароматом может быть скомбинировано множество различных плодовых, овощных и/или ягодных соков, необязательно вместе с другими ароматизаторами.

Примеры подходящих источников сока включают апельсин, лимон, лайм, танжерин, мандарин, танжело, помело, грейпфрут, виноград, красный виноград, сладкий картофель, томат, сельдерей, свеклу, салат-латук, шпинат, кочанную капусту, артишок, брокколи, брюссельскую капусту, цветную капусту, кресс водяной, горошек, бобы, чечевицу, спаржу, лук, лук-порей, кольраби, редис, репу, брюкву, ревень, морковь, огурец, цукини, баклажан, калину, клюкву, ананас, персик, банан, яблоко, грушу, гуаву, абрикос, арбуз, иргу ольхолистную, голубику, равнинные ягоды (plains berry), степные ягоды (prairie berry), тутовник, бузину, барбадосскую вишню (мальпигия), карликовая черемуха, финики, кокосы, оливки, малину, клубнику, чернику, логанову ягоду, смородину, ежевику сизую, бойзенову ягоду, киви, вишню, ежевику, айву, крушину, маракую, терн, рябину, крыжовник, гранат, хурму, манго, корень ревеня, папайю, личи, сливу, чернослив, финики, смородину, акажу инжир, или их комбинацию. Специалисту в данной области, принимая во внимание преимущества этого описания, понятно, что различные дополнительные и альтернативные соки подходят для применения по меньшей мере в конкретных приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения.

В вариантах выполнения настоящего изобретения, для которых соковый напиток не является 100% соком или получен из концентрата, вода, как правило, является транспортом или основной жидкой частью, в которой находятся остальные ингредиенты. При получении конкретных вариантов выполнения напитков по настоящему изобретению может быть использована очищенная вода и вода стандартного качества для напитков, если она не оказывает ухудшающего воздействия на вкус, запах или внешний вид напитка. Как правило, вода прозрачная, бесцветная, свободна от нежелательных минеральных веществ, без вкуса и запаха, свободна от органических веществ, с низкой щелочностью и приемлемым микробиологическим качеством в соответствии с промышленными и государственными стандартами, действующими на момент получения напитка. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения вода составляет от около 1% до около 99,9 вес.% напитка. По меньшей мере в некоторых, приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения вода, используемая в напитках и концентратах, указывается, как «умягченная вода», которая относится к воде, прошедшей обработку, для снижения содержания общих растворенных сухих веществ в воде перед необязательным добавлением, например, кальция, как описано в патенте США № 7052725. Способы обработки воды известны специалисту в данной области и включают среди прочего деионизацию, дистилляцию, фильтрацию и обратный осмос («r-o»). Используемые в описании настоящей патентной заявки термины «умягченная вода», «очищенная вода», «деминерализированная вода», «дистиллированная вода» и «r-o вода» являются синонимами, относятся к воде, из которой, по существу, удалены все содержащиеся в ней минеральные вещества, как правило, содержащей не более чем около 500 частей на миллион от всех растворенных сухих веществ, например 250 частей на миллион от всех растворенных сухих веществ.

Кислота, используемая в напитках по настоящему изобретению, может выполнять одну или более функцию, включая, например, обеспечение антиоксидантной активности, придание кислого вкуса напитку, усиление вкусовой привлекательности, усиление жаждоутоляющего эффекта, модифицирование сладости и роль мягкого консерванта для обеспечения микробиологической стабильности. Как правило, в качестве подкислителя напитков используют аскорбиновую кислоту, обычно указываемую как «витамин C», а также для обеспечения потребителя витаминами. Может быть использована любая подходящая пищевая кислота, например лимонная кислота, яблочная кислота, винная кислота, фосфорная кислота, аскорбиновая кислота, молочная кислота, муравьиная кислота, фумаровая кислота, глюконовая кислота, янтарная кислота и/или адипиновая кислота.

Кислота может быть использована в форме сухого вещества или в форме раствора и в количестве, достаточном для обеспечения заданного pH пищевого продукта или напиткового продукта. Как правило, например, одну или более из кислот - подкислителей используют в количестве в совокупности в пределах от около 0,01% до около 1,0 вес.% продукта, например в пределах от около 0,05% до около 0,5 вес.% продукта, такое, как в пределах от около 0,1% до 0,25 вес.% продукта в зависимости от используемого подкислителя, заданного pH, других используемых ингредиентов и тому подобного.

pH по меньшей мере в некоторых приведенных в качестве примера вариантах выполнения пищевых или питьевых продуктов по настоящему изобретению составляет в пределах от 2,5 до около 4,6. Кислота в некоторых приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения может усиливать вкус и аромат напитка. Слишком большое количество кислоты может оказать воздействие на вкус и аромат напитка и придать кислый вкус или другой привкус, в то время как слишком малое количество кислоты может сделать вкус напитка плоским и снизить микробиологическую безопасность продукта. В качестве альтернативы, pH по меньшей мере в некоторых приведенных в качестве примера вариантах выполнения пищевых или питьевых продуктов по настоящему изобретению может составлять более чем 4,6; такое как для молочных продуктов или овощных соков. Специалист в данной области, принимая во внимание преимущества этого описания, может выбрать подходящую кислоту или комбинацию кислот и количество таких кислот для подкисляющего компонента любого конкретного варианта выполнения пищевого продукта или напиткового продукта по настоящему изобретению.

Подсластители, подходящие для применения в различных вариантах выполнения напитков по настоящему изобретению, включают калорийные и некалорийные, натуральные и искусственные или синтетические подсластители. По меньшей мере в конкретных приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения в напитке подслащивающий компонент может включать калорийные натуральные кристаллические или жидкие подсластители, такие как сахароза, жидкая сахароза, фруктоза, жидкая фруктоза, глюкоза, жидкая глюкоза, глюкозно-фруктозный сироп из натуральных источников, таких как яблоки, цикорий, мед и тому подобное, например высокофруктозный кукурузный сироп, инвертный сахар, кленовый сироп, кленовый сахар, мед, коричневый мелассовый сахар, например тростниковая меласса, такая как первая меласса, вторая меласса, сырая меласса и меласса сахарной свеклы, сироп сорго, концентрированный сок ло хан го и/или другое. Как правило, такие подсластители присутствуют в количестве от около 0,1% до около 20 вес.% готового напитка, такое как от около 6 до около 16 вес.% в зависимости от заданного уровня сладости напитка. Для достижения заданной однородности, текстуры и вкуса напитка в конкретных вариантах выполнения натуральных питьевых продуктов по настоящему изобретению могут быть использованы стандартизованные жидкие сахара в качествах, традиционно используемых в индустрии получения напитков. Как правило, такие стандартизованные подсластители свободны от микроколичеств несахарных сухих веществ, которые могут оказать негативное воздействие на вкус и аромат, цвет или консистенцию напитка.

Подходящие некалорийные подсластители и комбинации подсластителей выбирают для достижения заданных питательных характеристик, профиля вкуса для напитков, ощущения во рту при потреблении и других органолептических факторов. Некалорийные подсластители, подходящие по меньшей мере для конкретных приведенных в качестве примера вариантов выполнения настоящего изобретения, включают без ограничения, например, подсластители на основе пептидов, например аспартам, неотам и алитам и подсластители на непептидной основе, например сахарин натрия, сахарин кальция, ацесульфам калия, цикламат натрия, цикламат кальция, неогесперидин дигидрохалкон и сукралозу. В конкретных приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения подсластитель включает ацесульфам калия. Другие некалорийные подсластители, подходящие по меньшей мере для конкретных приведенных в качестве примера вариантов выполнения настоящего изобретения, включают, например, экстракты Stevia rebaudiana, ребаудиозид A, сорбит, маннит, ксилит, глицирризин, D-тагатозу, эритрит, мезоэритрит, мальтит, мальтозу, лактозу, фруктоолигосахариды, порошкообразный ло хан го, ксилозу, арабинозу, изомальт, лактит, мальтит, трегалозу и рибозу, и белковые подсластители, такие как тауматин, монеллин, браззеин, L-аланин и глицин, родственные соединения и смеси любого из них. Ло хан го, экстракты Stevia rebaudiana, ребаудиозид A и монатин, и родственные соединения являются натуральными калорийными сильными подсластителями.

Некалорийные высокоинтенсивные подсластители, как правило, используют на уровне миллиграмм на жидкую унцию напитка, в зависимости от его подслащивающей способности, согласно любым действующим нормативам страны, на рынке которой он представлен, заданному уровню сладости напитка и тому подобное. Специалист в данной области, принимая во внимание преимущества этого описания, может выбрать подходящие дополнительные или альтернативные подсластители для применения в различных вариантах выполнения питьевых продуктов по настоящему изобретению.

В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения могут быть использованы консерванты. Некоторые приведенные в качестве примера варианты выполнения настоящего изобретения необязательно содержат растворенную консервирующую систему. Дополнительно, варианты выполнения напитков по настоящему изобретению с низкой кислотностью, как правило, включают консервирующую систему. В случае использования консервирующей системы, она может быть добавлена в пищевой или питьевой продукт в любой подходящий момент в процессе получения, например, в некоторых случаях перед добавлением подсластителя. Используемые в описании настоящей патентной заявки термины «консервирующая система» или «консерванты» включают все подходящие консерванты, разрешенные для применения в композициях пищевых продуктов и питьевых продуктов, включая без ограничения такие известные химические консерванты, как бензоаты, например бензоат натрия, кальция и калия, сорбаты, например сорбат натрия, кальция и калия, цитраты, например цитрат натрия и цитрат калия, полифосфаты, например гексаметаполифосфат натрия (SHMP), лауриловый эфир аргината, коричную кислоту, например циннамат натрия и калия, полилизин и антимикробные эфирные масла, диметил дикарбонат и их смеси, и антиоксиданты, такие как аскорбиновая кислота, EDTA, BHA, BHT, TBHQ, EMIQ, дегидроуксусная кислота, этоксиквин, гептилпарабен и их комбинации.

Консерванты могут быть использованы в количествах, не превышающих разрешенные действующими законами и нормативными актами максимальные уровни. Как правило, используемый уровень консервантов регулируют согласно заданному pH готового продукта, наряду с оценкой потенциальной микробиологической порчи конкретной композиции пищевого продукта или напиткового продукта. Как правило, максимальный используемый уровень составляет около 0,05 вес.% пищевого продукта или напиткового продукта. Специалист в данной области, принимая во внимание преимущества этого описания, может выбрать подходящие консерванты или комбинации консервантов для напитков по настоящему изобретению.

Другие методы консервации напитков, подходящие по меньшей мере для конкретных, приведенных в качестве примера вариантов выполнения пищевых продуктов и питьевых продуктов по настоящему изобретению, таких как готовые к потреблению напитки, включают, например, асептическую упаковку и/или термообработку или технологические стадии термической обработки, такие как горячий розлив и туннельная пастеризация. Такие стадии могут быть использованы для снижения роста в напитках дрожжей, плесеней и микроорганизмов. Например, в патенте US № 4830862, выданном Braun et al., описывается применение пастеризации при получении напитков из фруктовых соков, наряду с применением подходящих консервантов в газированных напитках. В патенте US № 4925686, выданном Kastin, описывается прошедшая термическую пастеризацию замораживаемая композиция фруктового сока, содержащая бензоат натрия и сорбат калия. Как правило, термообработка включает способы горячего розлива, обычно включающие применение высоких температур в течение короткого периода времени, например, около 190°F (88°С) в течение 30 секунд, методы туннельной пастеризации, как правило, включают применение более низких температур в течение более длительного периода времени, например, около 160°F (71°С) в течение 10-15 минут, а при методах автоклавирования, как правило, применяют температуру около 250°F (121°С) в течение 3-5 минут под давлением, то есть при давлении выше 1 атмосферы.

Пищевые или питьевые продукты по настоящему изобретению необязательно содержат ароматизирующую композицию, например натуральные и синтетические фруктовые ароматизаторы, растительные ароматизаторы, другие ароматизаторы и их смеси. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «фруктовый ароматизатор», как правило, относится к ароматизаторам, полученным из пищевых репродуктивных частей семян растений. Включают оба, как таковые, имеющие сладкую мякоть, соединенную с семенами, например бананы, томаты, клюкву и тому подобное, так и таковые, имеющие мелкие мясистые ягоды. Также используемый в описании настоящей патентной заявки термин ягоды включает сборные плоды, то есть не «настоящие» ягоды, но традиционно воспринимаемые как ягоды. Также в объем понятия термина «фруктовый ароматизатор» входят синтетически полученные ароматизаторы для имитации фруктовых ароматизаторов, полученных из натуральных источников. Примеры подходящих фруктовых или ягодных источников включают цельные ягоды или их части, ягодный сок, концентраты ягодного сока, ягодное пюре и их смеси, порошкообразные сухие ягоды, порошкообразный сухой ягодный сок и тому подобное.

Примеры фруктовых ароматизаторов включают цитрусовые ароматизаторы, например апельсин, лимон, лайм и грейпфрут, и такие ароматизаторы, как яблоко, гранат, виноград, вишня и ананас и тому подобное и их смеси. В конкретных приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения концентрированные напитки и напитки включают компонент фруктового ароматизатора, например, концентрат сока или сок. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «растительный ароматизатор» относится к ароматизаторам, полученным из частей растений, иных, чем плод. Растительные ароматизаторы могут быть получены из эфирных масел и экстрактов орехов, коры, корней и листьев. Также в объем понятия термина «растительный ароматизатор» входят синтетически полученные ароматизаторы для имитации растительных ароматизаторов, полученных из натуральных источников. Примеры таких ароматизаторов включают колу, чай и тому подобное и их смеси. Ароматизирующий компонент может дополнительно включать смесь указанных выше ароматизаторов. Конкретное количество ароматизирующего компонента, используемого для придания вкусовых и ароматических характеристик напиткам по настоящему изобретению, зависит от выбранного ароматизатора(ов), заданного впечатления от вкуса и аромата и формы ароматизирующего компонента. Специалист в данной области, принимая во внимание преимущества этого описания, легко может определить количество любого конкретного ароматизирующего компонента(ов), используемого для достижения заданного впечатления от вкуса и аромата.

Другие ароматизаторы, подходящие для использования по меньшей мере в конкретных, приведенных в качестве примера вариантах выполнения пищевых продуктов и питьевых продуктов по настоящему изобретению, включают, например, ароматизаторы, придающие вкус и аромат специй, таких как кассия, гвоздика, корица, перец, имбирь, ароматизаторы, придающие вкус и аромат ванили, кардамона, кориандра, мускатного масла, сассафраса, женьшеня и других. Множество дополнительных и альтернативных ароматизаторов, подходящих для использования по меньшей мере в конкретных, приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения, известны и находятся в компетенции специалиста в данной области исходя из тех преимуществ, которые приведены в этом описании. Ароматизаторы могут быть в форме экстракта, олеорезина, концентрата сока, концентрированной основы напитка или других формах, известных из уровня техники. По меньшей мере в конкретных, приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения такие придающие вкус и аромат специй ароматизаторы или другие ароматизаторы сочетаются с соком или комбинацией соков.

Один или более ароматизатор может быть использован в форме эмульсии. Ароматизирующая эмульсия может быть получена смешиванием нескольких или всех ароматизаторов вместе, необязательно вместе с другими ингредиентами напитка и эмульгирующим агентом. Эмульгирующий агент может быть добавлен вместе с ароматизаторами или после них. В конкретных приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения эмульгирующий агент является водорастворимым. Подходящие примеры эмульгирующих агентов включают камедь акации, модифицированный крахмал, карбоксиметилцеллюлозу, трагакантовую камедь, камедь гхатти и другие подходящие камеди. Дополнительные подходящие эмульгирующие агенты известны специалисту в области композиций напитков исходя из тех преимуществ, которые приведены в этом описании. Эмульгатор в конкретных приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения составляет более чем около 3% от смеси ароматизаторов и эмульгаторов. В конкретных приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения эмульгатор составляет от около 5% до около 30% от смеси.

В конкретных, приведенных в качестве примера вариантах выполнения напитков по настоящему изобретению, таких как готовые к потреблению соковые напитки, замороженные напитки типа слэш или напитки для фонтанов, для обеспечения ощущения выделения пузырьков газа может быть использован диоксид углерода. Для карбонизации напитков может быть использована любая из технологий и любое из устройств для карбонизации, известных из уровня техники. Диоксид углерода может усиливать вкус напитка и улучшать внешний вид, и способствовать сохранению чистоты напитка, ингибируя и разрушая нежелательные бактерии. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения, например, напиток может иметь уровень CO₂вплоть до около 7,0 объемов диоксида углерода. Как правило, в вариантах выполнения настоящего изобретения уровень может составлять, например, в пределах от около 0,5 до 5,0 объемов диоксида углерода. Используемый в независимых пунктах формулы один объем диоксида углерода определяется как количество диоксида углерода, абсорбированное данным количеством воды при температуре 60ºF (16ºC) и атмосферном давлении. Объем газа занимает то же самое пространство, что и вода, которая его абсорбирует. Содержание диоксида углерода может быть легко выбрано специалистом в данной области исходя из заданного уровня выделения пузырьков газа и воздействия диоксида углерода на вкус или ощущение во рту при потреблении напитка. Карбонизация может быть натуральной или синтетической.

Пищевые или питьевые продукты по настоящему изобретению могут содержать дополнительные ингредиенты, включая, как правило, любые из традиционно входящих в композиции напитков. Примеры таких дополнительных ингредиентов включают без ограничения соль, кофеин, карамель и другие красящие агенты или пигменты, агенты против вспенивания, камеди, эмульгаторы, сухие вещества чая, замутняющие агенты и минеральные и не минеральные питательные добавки. Примеры не минеральных питательных дополнительных ингредиентов хорошо известны специалисту в данной области и включают, например, антиоксиданты, витамины, включая витамины A, D, E (токоферол), C (аскорбиновая кислота), B1 (тиамин), B2 (рибофлавин), B3 (никотинамид), B4 (аденин), B5 (пантотенат кальция), B6 (пиридоксин HCl), B12 (цианокобаламин) и K1 (филлохинон), ниацин, фолиевую кислоту, биотин и их комбинации. Необязательные не минеральные питательные добавки, как правило, присутствуют в количестве, общепринятом в производственной практике. Примеры количеств составляют в пределах от около 1% до около 100% рекомендуемой дневной нормы (РДН), если такая РДН определена. В конкретных, приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения не минеральный питательный дополнительный ингредиент(ы) присутствует в пределах от около 5% до около 20% РДН, где определена.

ПРИМЕРЫ

ПРИМЕР 1

Проведение оценки кожуры апельсина в качестве источника пищевых волокон и потенциально для возможного применения в качестве пребиотика. Эксперименты проводили с обработкой кавитацией с приложением ультразвуковых волн для разрушения материала стенок клеток, с последующей обработкой пектиназными и целлюлазными ферментами для снижения молекулярной массы и с последующей кавитацией ультразвуком.

Кожуру скороспелых апельсинов сорта Hamlin измельчили продольной и поперечной резкой в измельчителе Korenco. Прошедшую измельчение продольной и поперечной резкой кожуру развели водой в весовом соотношении 2:1 вода к прошедшей измельчение продольной и поперечной резкой кожуре с получением суспензии, затем суспензию поместили в двустенный котел с рубашкой устройства по Фиг.2. Размер экспериментальной партии составил около 450 фунтов (204,12 кг) суспензии. Ультразвуковой зонд прикрепили к 1000 Вт генератору от Cavitus (Crafers, SA, Australia).

Было проведено два эксперимента с ферментами при двух различных температурах. Ферменты, использованные в экспериментах, получили от Danisco (Copenhagen, Denmark), и они представляли собой Laminex C2K Cellulase и Grindamyl CA 150 Pectinase, которые добавили в количестве 200 частей на миллион и 100 частей на миллион, соответственно. При идентичных концентрациях ферментов были использованы две температуры; эксперименты проводили при температуре 104 градуса Фаренгейта (40°С) и температуре 120 градусов Фаренгейта (48°С) для определения возможности инактивации ферментов при более высокой температуре, для каждого из четырех экспериментов с ферментами. Суспензию нагрели до температуры 180 градусов Фаренгейта (около 82°С) для инактивации пектинметилэстеразы (PME). После нагревания суспензию охладили до температуры 104 градуса Фаренгейта (40°С) или 120 градусов Фаренгейта (48°С), в это время партию перекачали через сонотрод и рециркулировали обратно в танк. Затем в смесь добавили фермент и смешали ее в двустенном котле с рубашкой в течение одного часа, за это время взяли образец. Затем смесь после обработки ферментом еще раз подвергли обработке ультразвуком и взяли другой образец. Из последующих аналитических результатов было установлено, что условия процесса не привели к инактивации добавленных ферментов. План эксперимента и результаты приведены в Таблице 1 ниже.

Образцы всех экспериментов фильтровали через сито с размером ячеек 20 и сухие вещества отделяли от жидкости (то есть суспензию из нерастворимого материала от растворимых сухих веществ) замораживанием. Было взято два контрольных образца после разведения и термообработки, но перед кавитацией ультразвуком или ферментативной обработки.

Обратимся к Фиг.3, на ней приведена пилотная экспериментальная установка, которая при использовании кавитации ультразвуком и ферментативной обработки растворяет стенки клеток полисахаридов, что показано, как уменьшение обоих, и растворимого пищевого волокна и нерастворимого пищевого волокна. Повышение интенсивности обработки за счет повышения времени выдержки и/или противодавления дополнительно увеличило разрушение пищевых волокон. Увеличение гидростатического давления повышает порог кавитации, однако также вызывает более сильные взрывы кавитационных пузырьков, что приводит к большему выделению энергии во время процесса. Также при проведении ультразвуковой обработки усилился ферментативный гидролиз. Анализ пищевых волокон, приведенный в Таблице 1 и на Фиг.3, показал, что ферменты явно уменьшают содержание общих пищевых волокон (TDF), которые составляли сумму нерастворимого пищевого волокна (IDF) и растворимого пищевого волокна (SDF). Результаты показали, что кавитация ультразвуком также может повысить активность ферментов, гидролизующих полисахариды до материала с более низкой молекулярной массой. Одним из предполагаемых механизмов является увеличенная площадь поверхности, на которую могут воздействовать ферменты, гидролизующие пищевые волокна, что в результате приводит к большему ферментативному гидролизу пищевых экстрагированных волокон.

Обратимся к Фиг.5 и Таблице 1, приведены значение вязкости взятых жидких образцов, наряду с образцами перед прохождением смеси через сито с размером ячеек 20 при использовании вискозиметра Brookfield LVT и различных шпинделей. Вязкость было очень трудно измерить, поскольку комковатая смесь, как правило, дает плохие результаты, однако в качестве альтернативы анализу пищевых волокон (который часто занимает два дня для полного проведения) являются результаты измерения вязкости, обеспеченные анализом в реальном времени. Сухие вещества в смесях воспринимались при измерениях на Brookfield как высокое варьирование показателей по времени. Кавитация ультразвуком с ферментативным разрушением уменьшает молекулярную массу, снижая таким образом кажущуюся вязкость. Следовательно, этот способ может включать кавитацию ультразвуком или другой процесс разрушения материала стенок клеток физическими средствами, что позволяет ферментам разрушить полисахариды до менее вязкого материала наряду с пребиотическими олигосахаридами.

ПРИМЕР 2

Проведение оценки кожуры апельсина в качестве источника пищевых волокон и потенциально для возможного применения в качестве пребиотика. Эксперименты проводили с обработкой кавитацией с приложением ультразвуковых волн для разрушения материала стенок клеток.

Кожуру скороспелых апельсинов сорта Hamlin измельчили продольной и поперечной резкой в измельчителе Korenco. Прошедшую измельчение продольной и поперечной резкой кожуру развели водой в весовом соотношении 2: 1 вода к прошедшей измельчение продольной и поперечной резкой кожуре с получением суспензии, затем суспензию поместили в двустенный котел с рубашкой устройства по Фиг.2. Размер экспериментальной партии составил около 450 фунтов (204,12 кг) суспензии. Ультразвуковой зонд прикрепили к 1000 Ватт генератору от Cavitus (Crafers, SA, Australia).

Были проведены эксперименты при двух различных температурах; при температуре 120 градуса Фаренгейта (48°С) и температуре 145 градусов Фаренгейта (62,7°С) для каждого из четырех экспериментов с ферментами. Суспензию нагрели до температуры 180 градусов Фаренгейта (около 82°С) для инактивации пектинметилэстеразы (PME). После нагревания суспензию охладили до температуры 120 градусов Фаренгейта (48°С) или 120 градусов Фаренгейта (48°С), в это время партию перекачали через сонотрод и рециркулировали обратно в танк. Противодавление в устройстве варьировало от 5 фунтов на квадратный дюйм (34,74 кПа) до 10 фунтов на квадратный дюйм (68,95 кПа). План эксперимента и результаты приведены в Таблице 2 ниже.

Образцы всех экспериментов фильтровали через сито с размером ячеек 20 и сухие вещества отделяли от жидкости (то есть суспензию из нерастворимого материала от растворимых сухих веществ) замораживанием. В экспериментах использовали два контрольных образца Примера 1.

Обратимся к Фиг.4, на ней приведена пилотная экспериментальная установка, которой при использовании только одной кавитации ультразвуком разрушили стенки клеток полисахаридов, что показано как уменьшение растворимого пищевого волокна. Повышение интенсивности обработки за счет повышения времени выдержки и/или противодавления дополнительно увеличило разрушение пищевых волокон. Анализ пищевых волокон, приведенный в Таблице 1, Таблице 2, на Фиг.3 и на Фиг.4, показал различия между различными обработками, ферменты явно уменьшают содержание общих пищевых волокон (TDF), которые представляли сумму нерастворимого пищевого волокна (IDF) и растворимого пищевого волокна (SDF). Поскольку все обработки показали уменьшение количества TDF и IDF, предполагается, что обработка кавитацией ультразвуком разрушает материал стенок клеток и что дополнительное противодавление, приложенное к реакционной емкости, усиливает разрушение.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 3

Проведение оценки кожуры апельсина в качестве источника пищевых волокон и потенциально для возможного применения в качестве пребиотика. Эксперименты проводили с обработкой кавитацией с приложением ультразвуковых волн от ультразвукового зонда в стационарную систему для разрушения материала стенок клеток.

Для этих целей использовали апельсины сорта California Valencia, полученные от Joe Caputo's (Palatine, IL), и выжали из них сок при использовании бытовой электрической соковыжималки. Кожуру измельчили продольной и поперечной резкой в измельчителе Korenco с получением маленьких кусочков размером около 2-4 мм. Прошедшую измельчение продольной и поперечной резкой кожуру смешали с двойным весовым количеством воды и нагрели до температуры 180 градусов Фаренгейта (около 82°С)в трехгаллоновом (11,35 литра)металлическом котле. Затем кожуру охладили до температуры 149 градусов Фаренгейта (65°С) и комнатной температуры 71,6 градусов Фаренгейта (22°С). План многофакторных экспериментов и переменные приведены в Таблице 3.

Использовали ультразвуковой зонд мощностью 400 Вт от Cavitus (Crafers, SA, Australia).

Каждый эксперимент проводили в 600 мл пластиковом лабораторном стакане с 250 мл смеси 2:1 вода:кожура. Из результатов ясно видно, что отсутствуют реальные отличия в обработках кавитацией ультразвуком. Таким образом, предполагается, что для значительного разрушения стенок клеток требуется физический процесс более интенсивный, чем обеспеченный 400 Вт ультразвуковым зондом в большом пластиковом лабораторном стакане в качестве стационарной системы. План и результаты проведенных полных многофакторных экспериментов приведены в Таблице 4 ниже.

Специалисту в данной области следует понимать, что преимущества, которые приведены в описании конкретных, приведенных в качестве примера вариантов выполнения настоящего изобретения относятся к многочисленным альтернативным и отличающимся вариантам выполнения, не выходящим за рамки настоящего изобретения. Специалисту в данной области следует понимать, что все такие различные модификации и альтернативные варианты выполнения входят в объем притязаний настоящего изобретения. Все такие модификации и альтернативные варианты выполнения входят в объем формулы изобретения. Использованные здесь и в приложенной формуле изобретения формы единственного числа включают и множественное число, если в контексте ясно не просматривается иное, кроме того, единственное число подразумевает, по меньшей мере, один. В настоящем документе и формуле изобретения глагол «содержать» и его формы следует интерпретировать в открытом, а не закрытом значении, если ясно не указано иное, за исключением дополнительных объектов, признаков, компонентов и тому подобного.

Реферат

Изобретение предназначено для использования в пищевой промышленности, а именно к получению пищевых волокон. Пищевое волокно, экстрагированное из фруктовых или овощных побочных продуктов, имеет молекулярную массу от около 5000 грамм/моль (г/моль) до около 8000 г/моль, или пектиновые олигосахариды с молекулярной массой от около 300 г/моль до около 2500 г/моль. Пищевое волокно может быть экстрагировано при использовании физических способов или комбинации физического метода разрушения стенок клеток побочных продуктов и ферментативного гидролиза. Изобретение касается пищевого продукта, содержащего экстрагированное пищевое волокно. Способ получения растворимого пищевого волокна включает уменьшение размеров частиц фруктовых или овощных побочных продуктов; подвергание частиц побочных продуктов физическому методу разрушения стенок клеток частиц побочных продуктов; добавление в частицы побочных продуктов одного или более фермента; смешивание или перемешивание частиц побочных продуктов и фильтрование с получением ретентата и пермеата. Пермеат содержит растворимое пищевое волокно, которое может представлять собой пребиотическое пищевое волокно. 10 н. и 35 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл., 3 пр.

Формула