ПРОДУКТЫ С УЛУЧШЕННЫМИ ПЕНООБРАЗУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ
PRODUCTS WITH IMPROVED FOAMING PROPERTIES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к вариантам улучшения пенообразующих свойств, достигаемым использованием твердых веществ необжаренного кофе, и конкретно к порошкообразным продуктам с улучшенными пенообразующими свойствами после растворения.
Уровень техники
Вспенивание жидкостей представляет собой важную характеристику во многих областях применения, например в многочисленных вариантах применения в случае продуктов питания и напитков, как, например, приготовление кофе, какао или тому подобного. Следовательно, способность жидкости образовывать пену и устойчивость пены являются важными свойствами. В некоторых случаях жидкость, например напиток, приготавливают из высушенного растворимого порошка. В указанном случае может быть желательным образование устойчивой пены при растворении порошка, это имеет место, например, в случае кофе эспрессо, приготавливаемого из быстрорастворимого порошка, когда наличие слоя тонкодисперсной пены, так называемой кремы, является важным для восприятия потребителем качества напитка. В случае приготовления эспрессо из жидкого кофейного экстракта, например в автомате по продаже напитков, это также желательно для образования тонкодисперсной и устойчивой кремы. В документе WO 2009/040249 (Nestec S.A.) описан способ получения сухого растворимого кофейного экстракта, который обеспечивает получение хорошей кремы после растворения. Тем не менее, все еще существует потребность в улучшении пенообразующих свойств кофейных экстрактов.
Сущность изобретения
Авторы изобретения обнаружили, что твердые вещества необжаренного кофе увеличивают объем и устойчивость пены, образующейся при высвобождении газа в жидкость, например при растворении пористого пенящегося порошка. Соответственно, настоящее изобретение относится к высушенному растворимому порошкообразному продукту, содержащему твердые вещества необжаренного кофе и обладающему пенообразующей пористостью частиц, равной по меньшей мере 20%. В дополнительных вариантах осуществления изобретение относится к способу получения высушенного растворимого кофейного продукта, способу получения вспененного кофейного напитка, а также использованию твердых веществ необжаренного кофе для улучшения пенообразующих свойств жидкости.
Краткое описание фигур
На фигуре 1 показана пена в различные моменты времени после разбавления до первоначальной плотности пористых кофейных порошков, содержащих различные количества твердых веществ зеленого кофе.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к пенящимся жидкостям и порошкам, которые можно использовать для приготовления пенистых жидкостей. Примером пенистой жидкости согласно изобретению является такой напиток, как кофе. Быстрорастворимый кофейный порошок хорошо известен для приготовления кофейного напитка и представляет собой пример порошка, который можно использовать для получения пенистой жидкости согласно изобретению. Кофейный напиток или быстрорастворимый кофейный порошок получают из кофейного экстракта. Пенистую жидкость приготавливают посредством введения газа в жидкость с целью получения достаточного количества пузырьков для образования пены в верхней части жидкости. Пену можно получать непосредственно в жидкости, например, в случае кофейного напитка, прямо перед его употреблением, посредством введения пузырьков газа в жидкость, например, при перемешивании или помешивании жидкости вручную или с помощью подходящего механического устройства. Пену можно также получать с помощью высушенного растворимого порошка, например в форме растворимого или быстрорастворимого порошка кофейного напитка, который является пористым и заключает в себе газ, который высвобождается в форме пузырьков при растворении порошка. Такой порошок можно получать при высушивании жидкости, например жидкого кофейного экстракта, таким образом, чтобы приготовить высушенный пористый растворимый порошок. Например, в случае растворимого кофейного порошка, при разбавлении до первоначальной концентрации горячей или холодной водой, либо молоком с образованием кофейного напитка газ, уловленный в порах порошка, высвобождается в жидкость и формирует пену на поверхности.
Твердые вещества необжаренного кофе
Под твердыми веществами необжаренного кофе подразумевают твердые вещества кофе, которые не подверглись процессу обжаривания. Твердые вещества кофе согласно изобретению представляют собой любые соединения, полученные из кофейного растения, за исключением воды. Твердые вещества кофе согласно изобретению получают предпочтительно из кофейных бобов. Обжаривание твердых веществ кофе, как правило, осуществляют в сырых зеленых кофейных бобах до размалывания и экстракции бобов, но можно также выполнять его в молотых бобах или экстракте растворимых твердых веществ кофе, который подвергли высушиванию. Под обжариванием подразумевают сухую или почти сухую тепловую обработку кофейных бобов или кофейного экстракта в противоположность, например, пропариванию или провариванию кофейных бобов в воде, например, под давлением. В продолжении обжаривания кофейных бобов имеет место высушивание. Перед обжариванием зеленые бобы обычно содержат около 12-16% воды, а в результате обжаривания содержание влаги снижается, например, до величины около 2%. Таким образом, обжаривание отличается от тепловой обработки в воде или при помощи пара. Цель обжаривания кофе обычно заключается в привнесении характерной особенности специфических вкусоароматических оттенков обжаренного кофе. Упомянутые вкусоароматические оттенки появляются в результате таких процессов, как, например, пиролизация твердых веществ кофе и реакция Майяра.
В одном из вариантов осуществления изобретения обжаривание означает тепловую обработку при температуре выше 200°С и содержании влаги ниже 4%, предпочтительно ниже 3%. Содержание влаги понимается как доля воды, содержащейся в кофейных бобах или кофейном экстракте, подвергаемых обжариванию. Как пояснено выше, содержание влаги на начальной стадии обжаривания может быть выше 4%, но в ходе обжаривания содержание влаги уменьшается до значения ниже 4%, предпочтительно ниже 3%.
Твердые вещества необжаренного кофе изобретения можно получать любым подходящим способом. В предпочтительном варианте осуществления твердые вещества необжаренного кофе получают в результате экстракции сырых, называемых также зелеными, кофейных бобов. При осуществлении экстракции зеленые кофейные бобы могут быть целыми или размолотыми. Зеленые кофейные бобы предпочтительно подвергают экстракции водой, предпочтительно без использования органического растворителя. Зеленые кофейные бобы можно подвергать экстракции водой любым подходящим способом. Способы водной экстракции зеленых и/или обжаренных кофейных бобов хорошо известны в данной области техники. Например, в патенте US 5972409, который включен в настоящий документ ссылкой, раскрыты подходящие способы экстракции зеленых кофейных бобов. Зеленые кофейные бобы предпочтительно подвергают экстракции водой при температуре выше 130°С, как, например, выше 140°С или выше 150°С. Экстракцию можно осуществлять в одну или несколько стадий при различных температурах, например первую стадию при температуре ниже 120°С, а вторую стадию при температуре выше 140°С.
Продукт согласно изобретению предпочтительно содержит, по меньшей мере, 1 г твердых веществ необжаренного кофе на 100 г общего количества твердых веществ кофе в продукте, как, например, по меньшей мере 2 г или по меньшей мере 5 г твердых веществ необжаренного кофе на 100 г общего количества твердых веществ кофе. При желании, все твердые кофейные вещества продукта могут быть твердыми веществами необжаренного кофе, но в предпочтительном варианте осуществления изобретения продукт содержит от 1 г до 90 г твердых веществ необжаренного кофе на 100 г общего количества твердых веществ кофе, в более предпочтительном варианте от 5 г до 80 г твердых веществ необжаренного кофе на 100 г общего количества твердых веществ кофе, в еще более предпочтительном варианте, от 10 г до 70 г твердых веществ необжаренного кофе на 100 г общего количества твердых веществ кофе, или от 20 г до 50 г твердых веществ необжаренного кофе на 100 г общего количества твердых веществ кофе.
Высушенный растворимый порошок
Под высушенным растворимым порошком подразумевают порошок, состоящий из частиц, которые растворимы в жидкости, предпочтительно в воде. Порошки сушат и это означает, что они не содержат воды или содержат незначительные количества воды, так что они появляются в твердом состоянии. В одном из аспектов данное изобретение относится к высушенному растворимому порошку, содержащему твердые вещества необжаренного кофе и обладающему пенообразующей пористостью, равной по меньшей мере 20%, предпочтительно по меньшей мере 30%, более предпочтительно по меньшей мере 35%, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 40%.
Пенообразующая пористость представляет собой количественный показатель пористости, которая способствует ценообразованию и характеризует потенциальную пенообразующую способность порошка изобретения. В действительности открытые поры не способствуют ценообразованию в столь значительной степени или даже в некоторых случаях вообще не сопоставимы с закрытыми порами. Поры с диаметром устьев меньше 2 мкм также могут участвовать в формировании пены, поскольку капиллярное давление в указанных порах больше давления окружающей среды, и это может создавать возможность для образования пены. В настоящем изобретении пенообразующей пористости достигают посредством включения в структуру закрытых пор и открытых пор с диаметром устья меньше 2 мкм.
Таким образом, для цели измерения пенообразующей пористости принимают во внимание только закрытые поры, а также открытые поры с диаметром устья меньше 2 мкм, поскольку считается, что они вносят вклад в пенообразование. Пенообразующую пористость получают в виде отношения объема пор, участвующих в пенообразовании, к объему агрегата, за исключением объема открытых пор с диаметром устья больше 2 мкм. Данную величину можно определить методом ртутной порозиметрии или рентгеновской томографии.
Установлено, что пенообразующая пористость традиционных непенящихся кофейных порошков, как правило, составляет менее 15%.
Частицы растворимого порошка изобретения предпочтительно имеют пористость, равную по меньшей мере 40%, предпочтительно по меньшей мере 55%, еще более предпочтительно по меньшей мере 70%. В предпочтительном варианте осуществления общая пористость частиц порошка составляет от 65 до 85%, более предпочтительно от 65 до 80%, еще более предпочтительно от 70 до 80%, наиболее предпочтительно от 70 до 75%.
Общую пористость можно измерять способами, известными в данной области техники. Например, общую пористость можно вычислять по следующему уравнению: (Vp-Vcm)/Vp⋅100, в котором Vp представляет собой общий объем частицы, a Vcm является объемом матрицы в частице. Указанные величины можно определять с помощью стандартных методов измерений, таких как ртутная порозиметрия, или также методом рентгеновской томографии.
Следовательно, порошок согласно изобретению характеризуется своей высокой пористостью, которая обеспечивает возможность появления повышенного количества кремы, образующейся после разбавления порошка до первоначальной концентрации.
Поры настоящего порошка могут иметь средний диаметр D50 меньше 80 микрон, предпочтительно меньше 60 микрон, более предпочтительно меньше 40 микрон, наиболее предпочтительно меньше 25 микрон. Распределение по размерам пор в частицах можно определять методом рентгеновской томографии.
Порошок согласно изобретению можно также характеризовать коэффициентом диапазона (n) распределения по размерам пор в частице, который получают из результатов рентгеновской томографии. Коэффициент диапазона распределения вычисляют по следующему уравнению:
,
90
10
50
в котором D, D и D представляют диаметры, при этом соответственно 90%, 10% и 50% объема пор находится в порах с размером меньше данной величины. Таким образом, коэффициент диапазона (n) распределения меньше 4, предпочтительно меньше 3, более предпочтительно меньше 2, наиболее предпочтительно меньше 1,5 характеризует поры порошка согласно изобретению. Чем меньше коэффициент диапазона (n), тем более однородным и острым является распределение по размерам.
Размер частиц порошка, например, можно характеризовать срединным диаметром частиц (объемное распределение), Х50. Х50 предпочтительно находится в диапазоне от 50 до 500 микрон, как, например, от 100 до 300 микрон, или от 150 до 250 микрон.
Высушенный растворимый порошок согласно изобретению предпочтительно представляет собой порошок продукта питания или напитка. Порошок продукта питания может быть, например, порошком высушенного супа или приправы. Высушенный растворимый порошок напитка может быть, например, высушенным быстрорастворимым порошком напитка, таким как, например, высушенный растворимый кофейный порошок, высушенный растворимый какао-порошок или высушенный растворимый порошок солодового экстракта.
Способ получения высушенного растворимого кофейного продукта
В другом аспекте изобретение относится к способу получения высушенного растворимого кофейного продукта, включающему в себя: а) получение жидкого кофейного экстракта, содержащего твердые вещества необжаренного кофе; и b) введение газа в упомянутый жидкий кофейный экстракт; и с) сушку упомянутого жидкого кофейного экстракта. Газ, подлежащий введению в жидкость, может быть любым подходящим газом, таким как, например, атмосферный воздух, азот, диоксид углерода, оксид азота или аргон. Газ можно вводить в жидкий кофейный экстракт любым подходящим способом, например с помощью барботирования газа в жидкий кофейный экстракт через сопло, предназначенное для формирования мелких пузырьков. В предпочтительном варианте осуществления жидкий кофейный экстракт подвергают воздействию давления в продолжение введения газа или после него, например давления от 50 до 400 бар, предпочтительно от 150 до 350 бар. Давление можно создавать, например, посредством пропускания жидкого кофейного экстракта через насос высокого давления, при этом газ вводят в жидкий кофейный экстракт до или после насоса высокого давления. Введение газа можно осуществлять таким образом, чтобы газ полностью растворялся в кофейном экстракте, или он может присутствовать в экстракте в виде пузырьков газа, например, с размером 1-10 микрон. Жидкий кофейный экстракт можно гомогенизировать после введения газа для уменьшения размера пузырьков газа перед сушкой. В предпочтительном варианте осуществления при введении газа жидкий кофейный экстракт характеризуется содержанием сухого вещества от 35 до 70%. Температура жидкого кофейного экстракта при введении газа составляет предпочтительно от 10°С до 70°С, более предпочтительно от 30°С до 70°С. Может быть предпочтительным сохранять содержание масла в кофейном экстракте на низком уровне.
Жидкий экстракт сушат после введения газа. Высушивание можно осуществлять любым подходящим способом, обеспечивающим достижение требуемых свойств сухого растворимого кофейного порошка.
В предпочтительном варианте осуществления жидкий кофейный экстракт подвергают распылительной сушке. Способы распылительной сушки кофейных экстрактов хорошо известны в данной области техники. При полном растворении введенного газа в жидком кофейном экстракте количество газа должно быть достаточным для обеспечения того, чтобы он образовывал газовые пузырьки в распыляемых капельках вследствие быстрого падения давления в атомизационном сопле. Температура башни распылительной сушки в продолжение распылительной сушки может составлять, например, от 70°С до 115°С. Присутствие пузырьков газа обеспечивает образование требуемой пористой структуры высушенных частиц.
В другом предпочтительном варианте осуществления жидкий кофейный экстракт подвергают замораживанию орошением/распылительной заморозке после введения газа. Распылительная заморозка состоит в распылении жидкости на капельки и одновременном замораживании упомянутых капелек. Температуру экстракта предпочтительно следует доводить до значения от 0°С до 60°С, предпочтительно от 0°С до 30°С, как, например, от 10°С до 25°С или от 15°С до 30°С. Вспененный экстракт может поступать в насос высокого давления или гомогенизатор, и давление можно повышать, например, до величины от 65 до 400 бар, предпочтительно от 85 до 250 бар. Кофейный экстракт, подвергаемый распылительной заморозке, предпочтительно характеризуется содержанием твердых веществ выше 40%, более предпочтительно выше 50%. Экстракт можно закачивать в верхнюю часть башни распылительной заморозки, где экстракт подвергают атомизации. Операцию распылительной заморозки можно осуществлять способами прямого или непрямого контакта с криогенными текучими средами, такими как жидкий азот, холодный воздух и жидкий диоксид углерода. Подходящий способ распыления с заморозкой раскрыт, например, в документе WO 2009/080596 (Nestec S.A.). Образовавшийся в результате распылительной заморозки пористый порошок можно подвергать сублимационной сушке для получения пористого растворимого кофейного продукта согласно изобретению.
Подходящие способы введения газа в жидкий кофейный экстракт и высушивания его для получения высушенного растворимого кофейного продукта представляют собой, например, способы, раскрытые в документе WO 2009/040249 (Nestec S.A.) и патенте US 5 882717 (Kraft Foods Inc.).
Растворимый порошок кофейного продукта может быть агломерированным порошком. Способы агломерирования порошков, полученных распылительной заморозкой, например, кофейных порошков, хорошо известны в данной области техники. Агломерированный порошок можно получать, например спеканием, например, порошка, приготовленного способом распылительной сушки или распылительной заморозки, например, как раскрыто в документах WO 2009/059938 (Nestec S.A.) или WO 2009/080596 (Nestec S.A.).
Способ получения вспененного кофейного напитка
В одном из вариантов осуществления изобретение относится к способу получения вспененного кофейного напитка, включающему в себя: а) приготовление жидкого кофейного экстракта, содержащего твердые вещества необжаренного кофе; и b) введение пузырьков газа в жидкий кофейный экстракт для создания пены. Пузырьки газа можно вводить в жидкость любым подходящим способом, например при перемешивании или помешивании жидкости вручную или с помощью подходящего механического устройства, и/или посредством барботирования газа в жидкий кофейный экстракт. Барботирование представляет собой процесс вдувания газа непосредственно в жидкость через сопло или другой подходящий элемент оборудования. Газ, вводимый в жидкость, может быть любым подходящим газом, например атмосферным воздухом, паром, азотом и/или диоксидом углерода.
Примеры
Ртутная порозиметрия для определения пенообразующей пористости, пористости частиц
Для определения структуры использовали прибор AutoPore IV 9520 (фирма Micromeritics Inc., Норкросс, Джорджия, США). Рабочее давление интрузии Hg составляло от 0,4 фунт/кв.дюйм абс. до 9000 фунт/кв.дюйм абс. (при этом давление в канале низкого давления составляло от 0,4 фунт/кв.дюйм абс. до 40 фунт/кв.дюйм абс., а давление в канале высокого давления - от 20 до 9000 фунт/кв.дюйм абс.). Диаметр пор при указанном давлении находится в диапазоне от 500 до 0,01 мкм. Приведенные данные представляли собой объем (мл/г) при различном диаметре (мкм) пор.
Примерно от 0,1 до 0,4 г образцов точно взвешивали и плотно укладывали в пенетрометр (объем 3,5 мл, диаметр горловины или капиллярного ствола 0,3 мм и объем ствола 0,5 мл).
После введения пенетрометра в канал более низкого давления образец откачивали со скоростью 1,1 фунт/кв.дюйм абс./мин, затем переключали на среднюю скорость 0,5 фунт/кв.дюйм абс. и высокую скорость 900 мкм рт.ст. Заданное значение уровня откачки составляло 60 мкм рт.ст. По достижении заданного значения откачку продолжали в течение 5 мин до заполнения ртутью.
Измерение проводили в состоянии равновесия по истечении заданного времени после его установления. То есть при значениях давления, при которых следует регистрировать данные, и времени работы при данном давлении в режиме равновесия по истечении установленного времени (10 с). В диапазонах давления получали примерно по 140 точек данных.
Насыпной объем гранулята получали исходя из первоначального объема ртути и держателя образца. Объем открытых пор с диаметром больше 2 мкм (3) получали после интрузии ртутью вплоть до диаметра, равного 2 мкм. Вычитание указанного объема из насыпного объема гранулята давало новый объем гранулята, который заключает в себе закрытые поры (2), открытые поры с диаметрами меньше 2 мкм (4) и объем кофейной матрицы. Объем закрытых пор, открытых пор с устьем больше 2 мкм в грануляте получали вычитанием объема кофейной матрицы из нового объема гранулята. Объем кофейной матрицы получали исходя из массы образца и плотности кофейной матрицы. Пенообразующая пористость представляет собой отношение объема закрытых пор и открытых пор с диаметром устья меньше 2 мкм к новому объему гранулята.
Общую пористость частиц можно измерять с использованием способа, описанного в патентной заявке US 60/976229.
Объем пены
Объем пены определяли двумя различными способами следующим образом.
Взбивание
Экстракты обжаренного кофе и экстракт зеленого кофе растворяли в воде марки MilliQ при 75°С в различных соотношениях, описанных в таблице ниже, для достижения суммарных концентраций твердых веществ, равных 2%. По 83 мл каждого раствора пропускали через механизм для взбивания (15000 об/мин в течение 20 с) и вспененную жидкость извлекали в мерный цилиндр. Объем пены регистрировали каждые 30 с до истечения 360 с. Первоначальный объем пены и разрушение пены (0-120 с) находили экстраполированием кривой пены с использованием логарифмической модели.
Устройство для измерения пены (FMD)
4 г экстракта порошкообразного обжаренного кофе и экстракта порошкообразного зеленого кофе в различных соотношениях, как описано в таблице ниже, помещали в простое устройство, состоящее из сосуда для разбавления до первоначальной концентрации, соединенного с емкостью для воды, которая изначально была отсечена клапаном. После разбавления порошковой смеси 200 мл воды при 85°С сосуд для разбавления до первоначальной концентрации закрывали специальной крышкой, которая оканчивалась капилляром со шкалой. Затем открывали клапан между сосудом для разбавления до первоначальной концентрации и емкостью для воды, и вода (стандартная водопроводная вода при любой температуре) выталкивала восстановленный напиток вверх в капилляр, обеспечивая таким образом проведение замера объема кремы.
Пример 1
Порошок обжаренного кофе получали экстрагированием молотого обжаренного кофе водой с использованием традиционной для экстракции кофе технологии с целью приготовления растворимого кофе. В жидкий кофейный экстракт вводили жидкий азот в соответствии со способом, раскрытым в документе WO 2009/040249 (Nestec S.A.,) и подвергали экстракт распылительной сушке для получения пенящегося высушенного растворимого кофейного продукта согласно изобретению. Было обнаружено, что данным способом получают высушенные растворимые кофейные порошки с пенообразующей пористостью, равной по меньшей мере 40%, как определено в настоящем документе.
Порошок зеленого (необжаренного) кофе получали из целых зеленых кофейных бобов с использованием воды тем же способом, что и описанный выше для обжаренных кофейных бобов.
Исходный объем пены, полученный после разбавления кофейного порошка водой до первоначальной концентрации, измеряли, как описано выше, для порошка обжаренного кофе, порошка зеленого кофе и их смесей. Результаты приведены ниже в таблице 1.
Таблица 1
Объемы пены, определенные методами КОМО и FMD, для порошка обжаренного кофе, порошка зеленого кофе и их смесей.
Отношение зеленого кофе к обжаренному кофе
Объем пены при взбивании (мл)
Объем пены по данным FMD после 90 с (мл)
100% обжаренного кофе
33,9
8,6
10:90
41,5
8,8
20:80
40,6
8,8
30:70
50,4
9,1
50:50
49,4
9
70:30
46,9
8,8
100% зеленого кофе
50,3
8,7
Для определения устойчивости пены одни и те же образцы кофейных порошков разбавляли до первоначальной концентрации в чашках водой при растворении 1 г кофейного экстракта в соотношениях, описанных выше в случае 50 мл воды марки MilliQ, и фотографировали чашки сверху непосредственно после восстановления (0 мин), а также по истечении 2 мин, 5 мин, 10 мин и 15 мин после разбавления. Данные фотографии показаны на фигуре 1.