ЖИДКИЕ МОЛОЧНЫЕ КОНЦЕНТРАТЫ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ СУХИХ ВЕЩЕСТВ
HIGH SOLIDS CONCENTRATED DAIRY LIQUIDS

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
В настоящей заявке испрашивается конвенционный приоритет на основании предварительной заявки США 61/380,942, поданной 08 сентября 2010, которая полностью вводится здесь ссылкой.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к концентрированным молочным продуктам с высоким содержанием сухих веществ, в частности, к концентрированным молочным продуктам, которые имеют хорошие органолептические характеристики, не загустевают и не темнеют, с высоким содержанием сухих веществ, таким как концентрированное молоко с общим содержанием сухих веществ по меньшей мере примерно 38%, и к способам получения таких продуктов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Жидкие молочные продукты, такие как молоко, обычно подвергают тепловой обработке для повышения их устойчивости и микробиологической безопасности. К сожалению тепловая обработка молока может приводить к изменению цвета, к загустеванию и, в некоторых случаях, к появлению постороннего привкуса. Например, молочный сахар (лактоза) в молоке, нагретом до высокой температуры, может вступать в реакцию с белками, в результате чего молоко приобретает не очень приятный коричневый оттенок. Это нежелательное явление часто называется подрумяниванием продукта или реакцией Майяра. Природа загустевания (желирования) изучена не до конца, однако в литературе можно найти предположения, что гель может формироваться при определенных условиях, когда белки молочной сыворотки формируют трехмерную белковую матрицу. См., например, "Обзор: загустевание при хранении молока, подвергнутого высокотемпературной пастеризации", Datta и др., Trans. IChemE, т. 79, часть С, стр. 197-210 (2001). Загустевание и подрумянивание (потемнение) молока в общем случае нежелательны, поскольку ухудшаются его органолептические характеристики.
Часто необходимо концентрировать молоко, поскольку в этом случае требуется хранить и транспортировать меньшее количество продукта, в результате чего снижаются расходы на его транспортировку и хранение, и в этом случае молоко можно более эффективно упаковывать и использовать. Однако получение высококонцентрированного молока с хорошими органолептическими характеристиками может создавать проблемы, связанные с загустеванием и потемнением продукта, и, кроме того, при этом могут формироваться соединения, придающие продукту неприятный привкус. Например, концентрированное молоко с содержанием сухих веществ по меньшей мере примерно 38% при тепловой обработке имеет повышенную тенденцию к желированию белков, выпадению хлопьев жира и потемнению. Кроме того, благодаря повышенному содержанию белка в таком высококонцентрированном молоке он имеет повышенную тенденцию к отделению и формированию гелей при хранении продукта, в результате чего сокращается срок его хранения.
Широко используемые способы получения концентрированного молока включают несколько стадий нагреваний в сочетании с концентрированием молока. Например, один из таких способов получения концентрированного молока включает первую стадию стандартизации (приведения характеристик к стандарту) для получения требуемого отношения содержания сухих веществ к содержанию жира с последующим нагревом молока для снижения вероятности коагуляции молочного казеина в процессе последующей стерилизации. Нагрев также снижает вероятность коагуляции в процессе хранения перед стерилизацией и может дополнительно снизить содержание микрофлоры. Затем подогретое молоко концентрируют для получения нужной концентрации. После этого могут осуществляться операции гомогенизации, охлаждения, повторной стандартизации и упаковки. Кроме того, может добавляться соль-стабилизатор, которая может снижать вероятность коагуляции молока, которая может происходить при высоких температурах или при хранении. Стерилизация продукта может осуществляться до его упаковки или после нее. Стерилизация обычно включает либо сравнительно долгое выдерживание при сравнительно невысокой температуре (например, в течение 5-30 минут при температуре 90-120°С) или сравнительно непродолжительное выдерживание при сравнительно высокой температуре (например, в течение нескольких секунд при температуре примерно 135°С и выше). Используемые способы концентрирования молока обычно обеспечивают срок хранения от примерно 1 месяца до примерно 6 месяцев (и более).
Различные способы получения концентрированного молока обеспечивают разную степень стабильности характеристик концентрированных молочных продуктов. Однако такие известные способы, обеспечивающие получение устойчивых концентратов, обычно имеют ограничения по содержанию сухих веществ. Известные способы концентрирования молока обычно не очень успешны в случаях, когда общее содержание сухих веществ превышает 38%. Например, в заявке US 2007/0172548 (Cale) описывается способ получения концентрированного молока с высоким уровнем содержания молочного белка и низким уровнем содержания лактозы. Однако в этой заявке указывается, что общее содержание сухих веществ в таких концентрированных продуктах не превышает 30%.
В заявке US 2010/0104711 (Schmidt) описывается жидкий молочный концентрат, устойчивый к нагреву, который в результате добавления сливок имеет пониженное содержание молочного белка и повышенное содержание жира. Как указывается в этой заявке, предложенный способ обеспечивает получение концентрированных молочных продуктов с полным содержанием сухих веществ, не превышающим 36%. Однако Schmidt указывает в заявке, что концентрированные продукты с более высоким содержанием сухих веществ (порядка 38%) неустойчивы после стерилизации в автоклаве.
В заявке US 2003/0054079 (Reaves) описывается способ получения концентрата молока, подвергаемого высокотемпературной обработке, которое содержит 30-45% сухих веществ, без учета жира. А именно, Reaves описывает концентрат молока, содержащий 11-17% белка и 16-24% лактозы (твердые компоненты молока, без жира, - это обычно примерно 37% белка и примерно 54% лактозы). В этой заявке указывается, что такие уровни содержания сухих веществ, без учета жира, являются критичными для способа, и что более низкое содержание таких сухих веществ, не позволяет получить приемлемые результаты. В этой заявке описывается предварительный нагрев молока в течение 10 минут при температуре 65°С (150°F) для получения нагретого исходного молочного продукта. Затем полученный продукт пастеризуют в течение 16-22 секунд при температуре 82°С (180°F) с последующим выпариванием при повышенной температуре пастеризации (10 минут при температуре 62°С (145°F) в вакууме) для получения промежуточного продукта, сгущенного жидкого молока. Процесс выпаривания, используемый Reaves, обеспечивает получение сгущенного молока с тем же процентным содержанием белка и высоким содержанием лактозы, что и в исходном молочном продукте. Затем в полученный промежуточный продукт добавляют сливки и стабилизатор, такой как гексаметафосфат натрия или каррагенан, и осуществляют две стадии ультрапастеризации: первая стадия - 30-36 секунд при температуре 82°С (180°F) и вторая стадия - 4 секунды при температуре 143°С (290°F). С такими высокими уровнями содержания лактозы можно ожидать, что в концентрированных молочных продуктах, полученных в соответствии со способом, предложенным Reaves, при стерилизации будут происходить реакции Майяра, которые будут придавать продуктам нежелательный коричневатый цвет. Кроме того, в заявке Reaves указываются высокие уровни молочного белка, которые, как можно ожидать, будут снижать устойчивость продукта в отсутствии декстринов и некоторых других стабилизаторов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 - блок-схема варианта способа получения устойчивого жидкого молочного концентрата.
Фигура 2 - графики скорости разделения фаз (измерения с помощью прибора LumiSizer) в процентах пропускания в час (ТрН) для разных молочных концентратов.
Фигура 3 - графическое представление отношения полного содержания сахара к общему содержанию сухих веществ относительно скорости разделения фаз (измерения с помощью прибора LumiSizer).
Фигура 4 - графическое представление отношения полного содержания сахара к содержанию белка и жира относительно скорости разделения фаз (измерения с помощью прибора LumiSizer).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способы и продукты, раскрытые в настоящем описании, относятся к жидким молочным концентратам с высоким содержанием сухих веществ, которые хорошо сохраняют свои характеристики после стерилизации и при хранении в течение продолжительного времени при нормальных условиях, причем после стерилизации в таких продуктах не появляется неприятный привкус. Устойчивые жидкие молочные концентраты по настоящему изобретению содержат в целом до примерно 50% сухих веществ, и в некоторых вариантах содержание сухих веществ находится в диапазоне от примерно 38% до примерно 50%. Жидкие молочные концентраты с высоким содержанием сухих веществ по настоящему изобретению могут также содержать повышенные уровни сахара относительно общего содержания сухих веществ и/или повышенные уровни сахара относительно содержания белка и жира, что способствует обеспечению хорошей устойчивости продукта. В некоторых вариантах концентраты содержат сахар в количестве до примерно 30%, в других вариантах - от примерно 10% до примерно 30%, и еще в некоторых вариантах от примерно 20% до примерно 30%, для сохранения характеристик продуктов после стерилизации и при хранении в течение продолжительного времени. В других вариантах жидкие молочные концентраты с высоким содержанием сухих веществ могут также иметь конкретно заданное соотношение сахара и сухих веществ молока или соотношение сахара и жира для обеспечения концентратов, устойчивых к действию условий стерилизации и хранения, с такими высокими уровнями содержания сухих веществ.
Кроме того, было обнаружено, что молочные концентраты с таким высоким содержанием сухих веществ и полученные с использованием композиций и способов, раскрытых в настоящем описании, также характеризуются очень медленным разделением фаз, что положительно сказывается на устойчивости к действию условий стерилизации и хранения. Скорость разделения фаз, измеряемая по процентному пропусканию света в ближней части ИК-диапазона в час (ТрН), как это описывается ниже более подробно, представляет собой характер изменения во времени разделения фаз, которое обусловливается взаимодействиями и синергией компонентов композиции, эффективностью дисперсии и взаимодействиями между частицами. В некоторых вариантах молочные концентраты, содержащие сухие вещества в целом от примерно 38% до примерно 50% (в других вариантах от примерно 40% до примерно 50%, и еще в других вариантах от примерно 45% до примерно 50%), имеют скорость разделения фаз от примерно 0,5 ТрН до примерно 33 ТрН при отношении содержания сахара к содержанию сухих веществ молока от примерно 1:1 до примерно 3,5:1 (этот вопрос будет рассмотрен ниже более подробно со ссылками на фигуру 3). В других вариантах молочные концентраты с общим содержанием сухих веществ от примерно 38% до примерно 50% (в других вариантах от примерно 40% до примерно 50%, и еще в других вариантах от примерно 45% до примерно 50%), имеют пониженную скорость разделения фаз относительно эффективного отношения содержания сахара к содержанию белка и жира (этот вопрос будет рассмотрен ниже более подробно со ссылками на фигуру 4). В других вариантах концентрированные молочные продукты с высоким содержанием сухих веществ имеют скорость разделения фаз, не превышающую примерно 10 ТрН (в некоторых вариантах не превышающую 4,5 ТрН, и в других вариантах не превышающую примерно 1,5 ТрН), когда эти продукты содержат сахар в количестве от примерно 10% до примерно 30%, и отношение белка к буферной соли - от примерно 40 до примерно 60.
Концентрированные молочные жидкие продукты могут использоваться для получения горячих и холодных напитков, например, путем разбавления. Напитки включают кофе, чай, шоколадные напитки, молочные напитки и т.п. К таким напиткам также относятся: кофе-латте, капуччино, масала чай и им подобные напитки. Жидкие молочные концентраты подходят для использования с системами индивидуального приготовления напитков и могут находиться в картриджах, дисках и в других емкостях, подходящих для использования с такими системами. Жидкие молочные продукты могут также содержать добавленные в них вкусоароматические вещества для получения ароматизированных напитков.
В других вариантах полученные устойчивые жидкие молочные концентраты могут иметь пониженные уровни белка, пониженные уровни лактозы и увеличенное содержание жира относительно белка благодаря добавлению сливок и, как уже указывалось, увеличенные уровни содержания сахара по сравнению с сухими веществами молока, белком и жиром, для достижения устойчивости продукта, содержащего такие высокие суммарные уровни содержания сухих веществ. В некоторых вариантах концентраты могут иметь низкое отношение содержания белка к содержанию жира, примерно 0,51 или ниже, среднее отношение содержания белка к содержанию жира, от примерно 0,51 до примерно 0,70, или высокое отношение содержания белка к содержанию жира, примерно 0,71 или выше. В других вариантах концентраты могут иметь пониженные уровни содержания лактозы. В одном из вариантов содержание лактозы может находиться в интервале от примерно 0,25% до примерно 2%, и в других вариантах - от примерно 0,5% до примерно 1,5%. В общем случае предлагаемые в настоящем изобретении соотношения сахара, белка, жира и лактозы обеспечивают практическое отсутствие какого-либо привкуса или аромата у молочных жидких концентратов даже после тепловой обработки, используемой при стерилизации.
В некоторых вариантах молочные концентраты содержат суммарно от примерно 38% до примерно 50% сухих веществ, в других вариантах - от примерно 40% до примерно 50%, и еще в других вариантах - от примерно 45% до примерно 50%. Молочный концентрат может также в некоторых вариантах содержать молочный белок в количестве примерно 11% или менее и жир в количестве 30% или менее (примерно 15% или менее в некоторых вариантах), сахарозу в количестве от примерно 10% до примерно 30% (от примерно 20% до примерно 30% в других вариантах) и в целом сухие вещества в количестве до примерно 50%. Содержание жира может определяться суммарно жиром, содержащемся в исходном молочном материале, и добавленными дополнительно сливками. Сливки могут добавляться в заданные моменты при осуществлении процессов концентрирования и тепловой обработки для формирования молочного жидкого концентрата, который сохраняет устойчивость при тепловой обработке и в течение продолжительного срока хранения. Например, в одном из вариантов сливки добавляют после концентрирования исходного жидкого молочного материала, перед гомогенизацией и перед добавлением в процесс любых других ингредиентов. В некоторых случаях было обнаружено, что изменение места, количества и/или формы добавляемых сливок может давать в результате молочные концентраты, которые могут загустевать или разделяться после стерилизации или после продолжительного хранения.
o
Жидкие молочные продукты, раскрытые в настоящей заявке, как правило, устойчивы в отношении загустевания, выпадения хлопьев жира и потемнения в процессе стерилизации, а также, по убеждению авторов, будут устойчивы в отношении загустевания, выпадения хлопьев жира и/или потемнения в течение по меньшей мере примерно 9 месяцев хранения при нормальных условиях (от примерно 70°F до примерно 75°F). В частности, жидкие молочные концентраты, полученные в соответствии с раскрытыми в настоящей заявке способами и композициями, сохраняют устойчивость и вкус молока даже после тепловой обработки, достаточной для обеспечения уровня (F) стерилизации по меньшей мере примерно 5 минут, которые требуются для обеспечения практической стерильности, и до примерно 13,5 минут.
o
В общем случае устойчивый жидкий молочный продукт, имеющий хорошие органолептические характеристики, формируют посредством многоступенчатого процесса тепловой обработки и концентрирования для достижения требуемого показателя стерилизации, устойчивости и вкуса молока, причем в этом процессе снижают содержание белка, дополнительно увеличивают содержание жира, увеличивают содержание сахарозы и уменьшают содержание лактозы, в результате чего достигается скорость разделения фаз, соответствующая высокой степени устойчивости продукта. Например, способ содержит нагрев, концентрирование с использованием ультрафильтрации с диафильтрацией (или без нее), дополнительное смешивание со сливками (необязательная стадия) перед гомогенизацией, добавление стабилизаторов и других ингредиентов после гомогенизации, и стерилизацию для обеспечения тепловой обработки, в результате чего обеспечивается получение устойчивого жидкого молочного концентрата с показателем F стерилизации по меньшей мере примерно 5 минут, предпочтительно по меньшей мере примерно 6,5 минут и более предпочтительно по меньшей мере примерно 7,5 минут.
o
o
Степень стерилизации или показатель F стерилизации определяется временем, в течение которого молочный продукт подвергают действию заданных температур, и представляет собой суммарную тепловую обработку, которой подвергается продукт. Соответственно, требуемый уровень стерилизации может быть достигнут при использовании различных стадий обработки. Обычно концентрированное молоко стерилизуют до показателя F, стерилизации, равного по меньшей мере 5 минут, и предпочтительно до более высокого уровня (например, 13 минут и более).
o
Показатель стерилизации для процесса стерилизации можно определить, используя интегрирование графических данных время-температура для графика с наименьшей скоростью роста температуры для теплового процесса. Такое графическое интегрирование позволяет получить суммарную эффективность стерилизации продукта. Для вычисления времени обработки, необходимого для достижения требуемого показателя F стерилизации, используя графический способ, следует использовать график изменения температуры во времени для самого медленного нагрева продукта. Затем график изменения температуры делится на небольшие временные приращения, и для каждого такого приращения определяется среднее арифметическое температуры, которое используется для вычисления коэффициента (L) гибели микроорганизмов для каждой средней температуры по формуле:
(T-121)/z
L=10
Где:
Т - среднеарифметическая температура для небольшого приращения времени, в °С;
z = нормированная величина для определенного вида микроорганизмов; и
L = коэффициент гибели определенного вида микроорганизмов при температуре Т.
o
Затем, вычисленный коэффициент гибели микроорганизмов умножают на приращение времени, и полученные величины суммируют для получения показателя F стерилизации с использованием формулы:
T1
1
T2
2
T3
3
F„=(t)(L)+(t)(L)+(t)(L)+…
Где:
T1
T2
t, t, … = приращение времени для температуры T1, Т2, …; …;
1
2
T1
T2
L, L, … = коэффициенты гибели микроорганизмов для приращений t, t, …; и
0
F - показатель стерилизации микроорганизмов для температуры 121°С.
o
Соответственно, после получения графика изменения температуры может быть вычислен показатель F стерилизации для процесса путем преобразования продолжительности процесса при любой температуре к эквивалентному времени процесса при базовой температуре 121°С (250°F). Вычисление показателя стерилизации в общем случае описывается в публикации "Высокотемпературная консервация пищевых продуктов и характеристики термофильных микроорганизмов", Jay, 1998, "Modern Food Microbiology" (ред. D.R. Heldman), часть 16, Нью-Йорк, изд. Aspen Publishers, полное содержание которой вводится здесь ссылкой.
Авторы изобретения убеждены, что раскрытая в настоящем описании устойчивость к действию условий стерилизации в автоклаве и/или устойчивость при продолжительном хранении молочных концентратов с высоким содержанием сухих веществ, является результатом уникального сочетания композиции и синергетического взаимовлияния различных компонентов композиции. Этот синергетический эффект может быть связан и/или подтвержден очень низкой скоростью разделения фаз в молочных концентратах с высоким содержанием сухих веществ. В некоторых вариантах молочные концентраты со скоростями разделения фаз, составляющими примерно 10% пропускания в час (ТрН) или менее, в других вариантах - примерно 4% пропускания в час или менее, и еще в одних вариантах примерно 1,5% пропускания в час или менее, после концентрирования и стерилизации в автоклаве, представляют собой композиции с высоким общим содержанием сухих веществ, которые характеризуются необходимым синергетическим взаимовлиянием компонентов композиции и которые демонстрируют приемлемую устойчивость продукта при хранении.
2
Более конкретно, определение скорости разделения фаз по пропусканию света (в процентах) в час представляет собой оценку характера разделения фаз во времени молочного концентрата, которая учитывает взаимодействие и/или синергетическое взаимовлияние компонентов композиции, дисперсии и частиц. Не вдаваясь в теорию, можно предположить, что скорость разделения фаз может быть связана с распределением размера частиц концентрата, распределением плотности частиц, сложным взаимодействием между частицами, и/или вязкостью раствора относительно сил тяжести. Концентрированные дисперсии, такие как концентрированные молочные системы, могут разделяться на фазы в соответствии с законом Стокса, который определяет действие сил лобового сопротивления на сферические частицы со скоростью, равной (Δρ*d*g)/(18*η)I, где Δρ - разность плотностей частицы и жидкости, d - диаметр частицы, g - постоянная силы тяжести, и η - вязкость растворителя. Можно считать, что на устойчивость и скорости разделения фаз раскрытых в настоящей заявке высококонцентрированных молочных жидкостей (а именно, до примерно 50%, из которых 20-30% составляет сахар) дополнительно влияют сложные взаимодействия частица-частица, которые тормозят и замедляют разделение фаз ниже величины, которая определяется силой тяжести и законом Стокса. При определении скорости разделения фаз, которую можно оценить по величине ТрН, учитываются синергетические эффекты различных параметров текучей среды, а также сложных взаимодействий частица-частица, которые обеспечивают получение концентратов с высокой устойчивостью, имеющих очень низкие скорости разделения фаз при высоких уровнях содержания сухих веществ, раскрытых в настоящей заявке.
Скорость разделения фаз может быть измерена с использованием прибора LumiSizer (фирма LUM GmbH, Берлин, Германия), измеряющий пропускание (Т, в %) света в ближней части ИК-диапазона при прохождении свет через образец, который вращают с частотой, при которой создается центробежная сила, превышающая силу земного притяжения в 2350 раз. При вращении твердые частицы, имеющиеся в образце, могут аккумулироваться в верхней части (образование сливок) и/или внизу (тяжелые крупинки) в зависимости от их плотности, что обнаруживается по снижению пропускания (Т, в %) в верхней и нижней частях образца. При этом может быть также увеличение пропускания Т (то есть, осветление) в зоне между верхней и нижней частями, поскольку в этой зоне уменьшается количество частиц. Интегрируя величину Т образца от верхней части до нижней части, можно определить общую скорость разделения фаз за время центрифугирования, построив график изменения Т от времени. В одном из измерений примерно 350 мкл образца (без разбавления) помещали в кюветки (предоставлены фирмой LUM GmbH), которые устанавливают в держателе образцов. Затем образцы вращали в течение примерно 44′000 секунд при температуре 25°С со скоростью примерно 4′000 об/мин (центробежная сила превышает силу тяжести в 2350 раз) и измеряли величину пропускания (Т, в %) каждые 3 минуты. После завершения цикла измерений анализировали профили разделения фаз (графики интегральных величин Т в зависимости от времени) для каждого образца в зависимости от соответствующих исходных скоростей разделения фаз. В общем случае исходные скорости разделения фаз могут быть измерены в диапазоне 0-5′000 секунд, в диапазоне 0-10′000 секунд и/или в диапазоне 5′000-10′000 секунд. Ниже в описании приведен Пример 3, иллюстрирующий профили разделения фаз и величины ТрН, полученные с помощью прибора LumiSizer. На фигуре 2 приведены графики, полученные с помощью прибора LumiSizer, для различных концентратов. Скорость разделения фаз или величина ТрН представляет собой наклон начальной линейной части графика скорости разделения фаз, которая в общем случае находится в диапазоне 0-5′000 секунд.
Разделение частиц в концентрированных молочных жидких продуктах могут происходить фазами, например, сначала исходная более медленная стадия разделения фаз, затем стадия более быстрого разделения фаз, которая переходит в окончательную стадию, когда уже не будет происходить изменений интегральных величин Т (в %). На начальной стадии разделение фаз происходить медленнее, что, возможно, является результатом взаимодействий частица-частица, тормозящих скорость разделения фаз концентрированных молочных дисперсий. Можно считать, что начальная стадия разделения наиболее точно характеризует характер разделения высококонцентрированных дисперсий в процессе их хранения. Со временем, по мере того как частицы аккумулируются в верхней и нижней частях, мешающая концентрация частиц начинает снижаться, в результате чего скорость разделения фаз увеличивается, то есть, следует переход к стадии более быстрого разделения фаз. Исходя из общего характера осаждения, можно считать, что величины начального участка графика зависимости Т от времени более точно характеризуют устойчивость продукта. Не вдаваясь в теорию, можно предположить, что для конкретной композиции уменьшенные величины наклона графика указывают на то, что существует повышенный барьер для разделения фаз, и поэтому эта композиция более устойчива по сравнению с композициями, графики для которых имеют увеличенные величины наклона. Продолжительность этой начальной стадии, представляющей часть характера устойчивости продукта, также может быть важной характеристикой продукта. Не вдаваясь в теорию, можно предположить, что более продолжительная начальная стадия относится к более устойчивой дисперсии, и, напротив, более короткая начальная стадия указывает на менее устойчивую дисперсию.
2
Можно считать, что для устойчивости концентратов с общим содержанием сухих веществ от 38% до 50% они должны включать эффективное количество сахара относительно количества сухих веществ молочного продукта. В таких концентратах с высоким содержанием сухих веществ отношение содержания сахара к содержанию сухих веществ молочного продукта может находиться в диапазоне от примерно 1:1 до примерно 3,5:1, и скорость разделения фаз - от примерно 0,5 до примерно 33 ТрН. В пределах указанных диапазонов отношения молочные концентраты с одинаковым уровнем содержания сухих веществ обнаруживают снижение скорости разделения при увеличении количества сахара относительно содержания сухих веществ. Концентраты с такими высокими уровнями содержания сухих веществ остаются устойчивыми при различных соотношениях между уровнями содержания сахара, белка и жира для определенных отношений содержания сахара относительно отношения белка к жиру. Например, устойчивые концентраты с высоким содержанием сухих веществ имеют скорость разделения фаз (или +/- 10% от ТрН), которая характеризуется формулой ТрН = -0,0017Х-1,0259Х-12,951, где X равно отношению содержания сахара к отношению белок/жир.
Не вдаваясь в теорию, можно предположить, что некоторые уровни содержания сахара относительно сухих веществ молока, белка и/или жира способствуют устойчивости раскрытых в настоящей заявке молочных концентратов с высоким содержанием сухих веществ. Для целей настоящего изобретения в качестве сахара может использоваться сахароза и/или другие дополнительные сахара или сахарные спирты или полиолы, такие как, например, фруктоза, сорбит, ксилит, эритрит или их сочетания, которые могут использоваться в качестве полного или частичного замещения сахарозы. Не вдаваясь в теорию, можно предположить, что сахар или сахарные спирты в сочетании с другими компонентами концентратов тормозят или снижают агрегацию частиц молочного белка путем замещения белка на поверхности частиц водой и формирования более устойчивых водородных связей, которые снижают уровень взаимодействий белок-белок. Кроме того, сахар, который растворяют в концентрате, может обеспечивать более вязкую среду, замедляющую процессы разделения фаз.
Концентраты, раскрытые в настоящей заявке, также могут иметь степень восстановления, превышающую примерно 90%. Степень восстановления представляет собой показатель концентрации жидкого молочного продукта, полученного из концентрата после разбавления, причем этот показатель определяется отношением содержания сухих веществ к исходному содержания сухих веществ в концентрате. Степень восстановления определяют путем измерения количества потерянных сухих веществ после разбавления концентрата, содержащегося в картридже; предназначенном для одной порции напитка, машины для индивидуального приготовления напитков, такой как заварочная машина Tassimo. После заваривания количество потерянных сухих веществ определяется путем определения веса и процентного содержания сухих веществ концентрата, остающихся в картридже, относительно веса сухих веществ исходного концентрата. Степень восстановления равна 100 минус потерянные сухие вещества. Раскрытые в настоящей заявке концентраты с высоким содержанием сухих веществ не только обнаруживают высокую степень устойчивости, что следует из низкой скорости разделения фаз, но также имеют высокую степень восстановления, превышающую 90%.
Раскрытые в настоящей заявке концентраты с высоким содержанием сухих веществ содержат в целом от примерно 40% до примерно 50% сухих веществ и сохраняют устойчивость после стерилизации в автоклаве и после хранения в течение примерно 9 месяцев и более продолжительного времени. Такие концентраты имеют одну или несколько характеристик, указанных в нижеприведенной таблице. Если в концентраты не добавляют сливки, то уровень содержания молочного белка может находиться в диапазоне от примерно 6% до примерно 11%, и уровень содержания сухих веществ может находиться в диапазоне от примерно 10% до примерно 26%.
Характеристики устойчивых концентратов с высоким содержанием сухих веществ
На фигуре 1 приведена блок-схема способа концентрирования по настоящему изобретению, позволяющего получить концентрат с высоким содержанием сухих веществ, в котором используется повышенное содержание сахарозы, пониженные уровни содержания белка, и добавляются сливки (в некоторых случаях), причем полученный жидкий молочный концентрат имеет более ярко выраженный вкус молока, низкую скорость разделения фаз и/или высокую степень восстановления. В этом способе обеспечивается жидкая молочная основа, которая может быть дополнительно гомогенизирована (необязательная стадия) и затем нагрета до такой температуры и выдержана в течение такого времени, которые эффективно снижают содержание растворимого белка (измеряется в среде с рН 4,6). Затем подогретую молочную жидкость концентрируют до необходимого уровня, в общем случае до примерно 50% содержания сухих веществ (в некоторых случаях от примерно 38% до примерно 50%) с использованием только ультрафильтрации или ультрафильтрации вместе с диафильтрацией, которую в предпочтительных вариантах выполняют в процесс ультрафильтрации или после нее. После концентрирования в жидкий молочный концентрат добавляют дополнительно некоторое количество сливок (необязательная стадия).
o
Затем жидкий молочный концентрат (возможно, с добавленными сливками) гомогенизируют как составную текучую среду для получения гомогенизированной молочной жидкости, обогащенной сливками. Затем в гомогенизированный молочный концентрат, обогащенный сливками, добавляют эффективное количество стабилизатора и других добавок (включая сахар) и перемешивают для получения стабилизированной молочной жидкости, обогащенной сливками. Затем при необходимости стабилизированная молочная жидкость, обогащенная сливками, перед упаковкой может быть стандартизирована (необязательная стадия). В предпочтительных вариантах после добавления стабилизатора жидкий продукт упаковывают и стерилизуют при такой температуре и в течение такого времени, которые обеспечивают получение показателя F стерилизации, превышающего примерно 5. В предпочтительных вариантах после стерилизации полученный стабилизированный жидкий молочный концентрат содержит белок, общее содержание которого не превышает примерно 11% (в некоторых вариантах от примерно 5% до примерно 10%), жир, общее содержание которого не превышает примерно 30% (в некоторых вариантах от примерно 9% до примерно 15%), и лактозу, содержание которой не превышает примерно 2% (в некоторых вариантах от примерно 0,25% до примерно 1,5%). В предпочтительных вариантах отношение содержания белка к содержанию жира в композиции может находиться в диапазоне от примерно 0,4 до примерно 0,7. В некоторых вариантах молочная жидкость может содержать жира примерно в 2,5 раза больше, чем белка.
Затем в гомогенизированную молочную жидкость, обогащенную сливками, могут быть подмешаны стабилизаторы или буферные соли и другие вспомогательные добавки. Как это будет рассмотрено ниже более подробно, по меньшей мере смесь стабилизаторов и буферных солей (таких как, например, примерно от 0,2% до примерно 0,6% стабилизатора, содержащего от примерно 50% до примерно 25% динатрийфосфата и от примерно 50% до примерно 75% мононатрийфосфата), по меньшей мере один улучшитель ощущений во рту от продукта (например, от примерно 0,3% до примерно 0,6% хлорида натрия) и необязательных добавок (например, от примерно 0,04% до примерно 0,1% ароматизатора и от примерно 4% до примерно 23% сахара) могут быть смешаны с гомогенизированной молочной жидкостью, обогащенной сливками.
В концентратах, раскрытых в настоящей заявке, могут отсутствовать существенные количества некоторых крахмалов, декстринов и эмульгаторов. Например, устойчивые жидкие молочные концентраты, раскрытые в настоящей заявке, предпочтительно почти не содержат крахмалы, декстрины и другие эмульгаторы, такие как каррагенан, моноглицериды, полиадлозы (10-1-O или 10-1-СС, компания Lonza, inc.), гликосперсы (S-20 или О-20, компания Lonza, Inc.), лецитин, пахта, казеинат натрия, гексаметафосфат натрия и т.п. Указания "почти не содержат" и "не содержат существенных количеств", как они используются в настоящем описании, означают меньше, чем примерно 0,5%, в некоторых вариантах меньше, чем примерно 0,1%, и в других вариантах меньше, чем примерно 0,05% вышеуказанных крахмалов, декстринов и/или эмульгаторов.
o
Затем полученный продукт может быть упакован и стерилизован (например, в автоклаве) для достижения показателя F стерилизации, превышающего примерно 5, в результате чего с помощью нагревания получают требуемый устойчивый жидкий молочный концентрат. При этом используют температуры от примерно 250°F до примерно 254°F, и время выдерживания находится в диапазоне от примерно 5 минут до примерно 8,5 минут. В одном из вариантов полученный устойчивый жидкий молочный концентрат содержит белок, содержание которого не превышает примерно 11% (в некоторых вариантах от примерно 5% до примерно 10%), жир, содержание которого не превышает примерно 30% (в некоторых вариантах от примерно 9% до примерно 15%), и лактозу, содержание которой не превышает примерно 2%, и общее содержание сухих веществ находится в диапазоне от примерно 38% до примерно 50%. В некоторых вариантах получаемый продукт имеет отношение белок/жир в диапазоне от примерно 0,4 до примерно 0,75. Жир в устойчивом жидком молочном концентрате может быть сочетанием жира исходной жидкой молочной основы, которая может быть подвергнута ультрафильтрации, и жира дополнительно добавляемых сливок, которые не подвергаются ни ультрафильтрации, ни предварительной гомогенизации.
В некоторых вариантах молочные концентраты, имеющие общее содержание сухих веществ, достигающее примерно 50%, причем отношение белок/жир составляет примерно 0,72, и содержание сахара находится в диапазоне от примерно 20% до примерно 30%, и содержащие смесь мононатрийфосфата (MSP) и динатрийфосфата (DSP) в отношении 50/50, причем отношение содержания белка к буферной соли (MSP + DSP) находится в диапазоне от примерно 40 до примерно 60, представляют собой после стерилизации в автоклаве текучую среду и имеют очень низкую скорость разделения фаз, не превышающую примерно 10 ТрН, в некоторых вариантах не превышающую примерно 4,5 ТрН, и в других вариантах не превышающую 1,5 ТрН, что соответствует характеристикам очень устойчивой дисперсии. С другой стороны, если отношение белок/буферная соль падает ниже 40 или превышает 60, и образец может представлять собой сразу после стерилизации в автоклаве приемлемую текучую среду, такие образцы обнаруживают низкую устойчивость на протяжении срока хранения.
Кроме того, в других вариантах, если в молочных концентратах, с общим содержанием сухих веществ, достигающим 50%, и отношением белок/жир, равным примерно 0,72, использовался тринатрийцитрат в качестве буферной соли вместо MSP и DSP, и среднее отношение белок/буферная соль находилось в диапазоне от примерно 30 до примерно 60, то такие образцы загустевали (образование геля) после стерилизации в автоклаве и, соответственно, были неприемлемы.
s1
s2
Для целей настоящего изобретения термин "сывороточный белок" в общем случае относится к белку молочной плазмы за исключением казеина (то есть, термин "сывороточный белок" относится в целом к содержанию белка сыворотки молока). Термин "молочная плазма" относится к той части сырого молока, которая остается после удаления жира. Термин "казеин" относится к казеину как таковому (то есть, кислотный казеин) или к его водорастворимым солям, таким как казеинаты (например, казеинаты кальция, натрия или калия и их сочетания). Содержание казеина, указываемое в настоящей заявке, относится к суммарному количеству казеина и казеината (за исключением содержания катионов металлов). Вообще термин "казеин" относится к любым или всем фосфопротеинам в молоке и к их смесям. Важным свойством казеина является его способность формирования мицелл в натуральном молоке. Были выделены различные компоненты казеина, включая α-казеин (в том числе α-казеин и α-казеин), β-казеин, γ-казеин, к-казеин и их генетические варианты. Термин "молоко с пониженным содержанием жира" в общем случае; относится к молоку с содержанием жира порядка 2%. Термин "молоко с низким содержанием жира" в общем случае относится к молоку с содержанием жира порядка 1%. Термины "обезжиренное молоко" или "снятое молоко" относятся к молоку с содержанием жира, не превышающим примерно 0,2%. Термин "цельное молоко" в общем случае относится к молоку с содержанием жира не менее 3,25%, которое может соответствовать стандарту. Термин "пахта" в общем случае относится к остаточному продукту после получения сливочного масла из молока или из сливок, который содержит жир в количестве не менее 3,25%. Термин "сырое молоко" в общем относится к молоку, которое не подвергалось тепловой обработке. Молоко или молочные продукты, используемые в способах по настоящему изобретению, могут быть стандартизованными или нестандартизованными продуктами. Предпочтительно используется коровье молоко, однако при необходимости может использоваться молоко и других млекопитающих, подходящее для потребления человеком. Термин "сливки" в общем относится к свежим сливкам, которые представляют собой сливки или жир, полученные из цельного молока с использованием сепаратора. В предпочтительных вариантах используемые сливки содержат: жир в количестве от примерно 32% до примерно 42%, лактозу в количестве от примерно 3% до примерно 5% и менее 2% белка.
Термин "срок хранения" означает промежуток времени, в течение которого молочный продукт может храниться при температуре от примерно 70°F до примерно 75°F без появления неприемлемого аромата, вида, вкуса, консистенции, неприятного ощущения во рту и без видимого разделения фаз. Кроме того, у органолептически приемлемого молочного продукта в течение срока хранения не должен появляться неприятный запах, неприятный привкус и (в некоторых вариантах) потемнение. Термин "стойкость в хранении" означает, что молочный продукт в процессе хранения не будет иметь вышеуказанных неприемлемых органолептических характеристик и будет органолептически приемлемым. Стойкость в хранении также означает, что степень восстановления равна по меньшей мере примерно 90%. Степень восстановления представляет собой оценку количества сухих веществ молока, которые восстанавливаются в чашке напитка, по сравнению с исходным содержанием этих компонентов, при разбавлении концентрата до исходной концентрации при нормальных условиях. Для целей настоящего изобретения степень восстановления измерялась с использованием заварочной машины Tassimo и стандартного Т-диска Tassimo для сливок (Kraft Foods).
Термин "общее количество сухих веществ в молоке" или "общее количество сухих веществ" относится к суммарному содержанию жира и других сухих веществ (SNF). Обозначение "SNF" в общем относится к суммарному весу белка, лактозы, минералов, кислот, ферментов и витаминов.
Практически любая жидкая молочная основа может быть использована в способе по настоящему изобретению. В предпочтительных вариантах жидкая молочная основа может быть получена от любого животного молочной породы, молоко которого используется людьми в пище. К таким молочным животным относятся коровы, бизоны, другие жвачные животные, козы, овцы и т.п. Однако, как правило, в качестве исходного материала используется коровье молоко. Может использоваться цельно молоко, молоко с низким содержанием жира или снятое молоко. Поскольку способно настоящему изобретению направлен на получение устойчивого жидкого молочного концентрата с повышенным содержанием жира, то в предпочтительных вариантах используется цельное молоко, однако в качестве исходного молочного материала может использоваться снятое молоко, молоко с пониженным содержанием жира или сливки, как это требуется в конкретном применении с добавлением большего или меньшего количества сливок, если это необходимо для получения требуемого уровня жира в конечном продукте.
Коровье молоко содержит лактозу, жир, белок, минералы и воду, а также, в меньших количествах, кислоты, ферменты и витамины. Хотя на состав сырого коровьего молока могут влиять многие факторы, оно обычно содержит сухие вещества в количестве от примерно 11% до примерно 15%, молочный жир в количестве от примерно 2% до примерно 6%, белок в количестве от примерно 3% до примерно 4%, лактозу в количестве от примерно 4% до примерно 5%, минералы в количестве от примерно 0,5% до примерно 1% и воду в количестве от примерно 85% до примерно 89%. Хотя молоко содержит многие типы белков, однако их можно разделить в две основные категории: казеины и сывороточные белки. Минералы, также известные как соли или зола, в общем случае включают в качестве основных компонентов кальций, натрий, калий и магний, причем эти катионы могут соединяться в молоке с фосфатами, хлоридами л цитратами. Молочный жир в основном содержит триглицериды, а также меньшие количества различных других липидов. Лактоза или молочный сахар (4-O-β-D-галактопиранозил-D-глюкоза) представляет собой восстанавливаемый дисахарид, присутствующий в сыром молоке.
Вышеуказанные стадии способа по настоящему изобретению будут описаны ниже более подробно. Жидкая молочная основа, в качестве которой предпочтительно используется цельное молоко, может быть предварительно нагрета (необязательная стадия). Предварительный нагрев может быть выполнен с использованием любого способа или оборудования, известного специалистам в данной области техники (например, реакторы с рубашкой, теплообменники и т.п.), которые позволяют обеспечить необходимую температуру продукта. Не вдаваясь в теорию, можно предположить, что предварительный нагрев сначала приводит к сшиванию белков сыворотки в мицеллы казеина, имеющиеся в молоке, причем такое сшивание происходит в основном на внешней поверхности мицелл. Такое сшивание будет снижать количество растворимого белка. Снова, не вдаваясь в теорию, можно предположить, что предварительный нагрев также способствует ковалентному и/или гидрофобному взаимодействию сывороточного белка с мицеллами и особенно с внешней поверхностью мицелл. Опять же не вдаваясь в теорию, можно предположить, что эти взаимодействия в общем приводят по меньшей мере к следующим результатам. Во-первых, из раствора выводятся многие сывороточные белки, и этот результат может быть важен, поскольку эти белки очень активны при высоких температурах, которым подвергают продукт при стерилизации. Во-вторых, поскольку мицеллы казеина покрываются сывороточными белками, интенсивность взаимодействий типа казеин-казеин должна снизиться и/или минимизироваться, в результате чего снижается тенденция к формированию при повышенных температурах молочных гелей.
Как уже отмечалось, сшивание, происходящее при предварительном нагреве, снижает уровень растворимого белка. Количество растворимого белка можно будет определить после кислотного осаждения с помощью жидкостной хроматографии с использованием УФ-датчика. Для количественной оценки растворимых фракций белков сравнивают образцы после предварительного нагрева и образцы, не подвергшиеся тепловой обработке. Снижение уровня содержания растворимого белка в среде с рН 4,6 должно составлять примерно 70%, предпочтительно от примерно 70% до примерно 100% и более предпочтительно от примерно 70% до примерно 90%. Для измерения снижения уровня содержания растворимого белка в среде с рН 4,6 предпочтительно используется способ количественного определения содержания таких сывороточных белков, как α-лактальбумин и β-лактоглобулин, в соответствии с методиками, описанными в публикациях в J. Agric. Food Chem. 1996, 44, 3955-3959 и Int. J. Food Sci, Tech. 2000, 35, 193-200, содержание которых вводится здесь ссылкой.
Продолжительность и температура предварительного нагрева должны быть достаточными для заданного снижения уровня содержания растворимых белков в среде с рН 4,6, и в то же время должна сохраняться требуемая устойчивость жидкого молочного продукта в процессе стерилизации и последующего хранения. Понятно, что кроме параметров предварительного нагрева на устойчивость продукта в процессе стерилизации и последующего хранения могут влиять и другие параметры. В одном из вариантов предварительный нагрев молочного жидкого продукта (если такой нагрев используется) обычно осуществляют при температуре по меньшей мере примерно 60°С в течение примерно 30 секунд для получения предварительно нагретого молочного продукта с пониженным уровнем растворимого белка при уровне рН 4,6. В других вариантах предварительный нагрев осуществляют при температуре от примерно 70°С до примерно 100°С в течение от примерно 0,5 минут до примерно 20 минут. В других вариантах предварительный нагрев осуществляют при температуре от примерно 85°С до примерно 95°С в течение от примерно 2 минут до примерно 6 минут; Могут использоваться и другие условия предварительного нагрева при условии обеспечения необходимого уровня сшивания (как правило, измеряемого по снижению содержания растворимого белка при уровне рН 4,6) и устойчивости конечного продукта. Понятно, что другие условия предварительного нагрева могут использоваться при условии получения необходимой устойчивости. Например, может использоваться двухступенчатый процесс, включающий первую стадию нагрева до температуры от примерно 80°С до примерно 100°С в течение от примерно 2 минут до примерно 6 минут и затем вторую стадию нагрева до температуры от примерно 100°С до примерно 130°С в течение от примерно 1 секунды до примерно 60 секунд.
После предварительного нагрева (необязательная стадия) жидкий молочный продукт концентрируют до необходимого уровня содержания сухих веществ для Получения жидкого молочного концентрата. Концентрирование может быть выполнено с помощью ультрафильтрации вместе с диафильтрацией или без нее. Для целей настоящего изобретения ультрафильтрация может включать такие способы мембранного концентрирования, как микрофильтрация и нанофильтрация. Примеры подходящих способов концентрирования молочных жидкостей, включающих микрофильтрацию, ультрафильтрацию и диафильтрацию, описаны в публикации US №2004/0067296 А1 (8.04.2004, Loh), которая вводится здесь ссылкой.
В одном из предпочтительных вариантов жидкий молочный продукт концентрируют до получения уровня содержания сухих веществ, равного примерно 31%, причем уровень содержания белка находится в диапазоне от примерно 9% до примерно 16%, уровень содержания жира находится в диапазоне от примерно 11% до примерно 19%, и уровень содержания лактозы находится в диапазоне от примерно 0,5% до примерно 1,5% (до введения вспомогательных добавок). Ультрафильтрация обеспечивает удаление на стадии концентрирования значительного количества (обычно по меньшей мере примерно 40% и более предпочтительно по меньшей мере примерно 95%) лактозы и минералов.
Стадию концентрирования осуществляют с использованием ультрафильтрации, предпочтительно вместе с диафильтрацией, причем размеры пор мембран достаточно велики, чтобы пропускать лактозу и минералы с водой (фильтрат), а концентрат будет содержать в основном весь имеющийся в продукте белок и жир. Например, предпочтительно используемая основа цельного молока может быть подвергнута мембранной обработке для отделения концентрата, содержащего повышенную концентрацию белка, от фильтрата, содержащего повышенную концентрацию лактозы. Однако молочные продукты, обрабатываемые с использованием способа по настоящему изобретению, не ограничиваются цельным молоком, и могут включать такие продукты, как снятое молоко, молоко с пониженным содержанием жира, обезжиренное молоко, пахта и их сочетания.
В одном из вариантов мембранная фильтрация может обеспечивать отделение компонентов с молекулярным весом от примерно 10′000 до примерно 20′000 дальтон с использованием мембран полисульфонового типа и других им подобных, причем фильтрацию осуществляют под давлением от примерно 35 psig до примерно 65 psig и при температуре от примерно 123°F до примерно 140°F (от примерно 50°С до примерно 60°С). В одном из вариантов лактоза и минералы равномерно распределяются по мембране и проходят через мембрану с коэффициентом отделения; равным примерно 50%, и примерно 100% жира и белка остается в концентрате. Диафильтрация обеспечивает поддержание концентрации лактозы в концентрате ниже уровня 4%.
В некоторых случаях в полученный концентрат жидкого молочного продукта могут быть добавлены сливки для повышения содержания жира и получения жидкого молочного продукта, обогащенного сливками. В некоторых вариантах для повышения содержания жира в полученный концентрат жидкого молочного продукта добавляют от примерно 3% до примерно 57% сливок. В одном из вариантов используются свежие сливки с общим содержанием жира от примерно 32% до примерно 42%, однако могут использоваться и другие виды сливок, в зависимости от возможностей их получения.
В других вариантах содержание сухих веществ может достигать примерно 50%, когда в качестве исходного материала используют цельное молоко, и от примерно 3% до примерно 34% сливок и от примерно 20% до примерно 30% сахара может быть добавлено в концентрированный жидкий молочный продукт, полученный после фильтрации. Если исходная молочная основа представляет собой снятое молоко/ то дополнительно в концентрированный жидкий молочный продукт, полученный после фильтрации, может добавляться от примерно 34% до примерно 57% сливок вместе с сахаром в количестве от примерно 20% до примерно 30%. Если исходная молочная основа представляет собой молоко с содержанием жира 2%, то дополнительно в концентрированный жидкий молочный продукт, полученный после фильтрации, может добавляться от примерно 20% до примерно 46% сливок вместе с сахаром в количестве от примерно 20% до примерно 30%. В каждом случае сливки и сахар добавляют в заданных количествах для получения эффективных соотношений компонентов, указанных в настоящем описании, обеспечивающих устойчивость таких высококонцентрированных молочных продуктов.
Как уже указывалось, было обнаружено, что на устойчивость конечного жидкого молочного продукта может влиять момент добавления сливок после стерилизации. В одном из вариантов сливки могут добавляться в жидкий молочный продукт после концентрирования и перед гомогенизацией, а также перед добавлением стабилизаторов и вспомогательных (необязательных) ингредиентов. Было также обнаружено; что добавление сливок в другие моменты времени, например, до концентрирования или после гомогенизации, приводят к формированию геля (загустевание) и к разделению фаз в концентратах после стерилизации.
При добавлении сливок перед стадией концентрирования (а также перед предварительным нагревом) сливки будут подвергаться мембранной ультрафильтрации вместе с жидкой молочной основой. В этом случае в процессе ультрафильтрации из сливок скорее всего будут удалены минералы и другие сахара природного происхождения.
В некоторых вариантах сливки не гомогенизируют перед добавлением в полученный после фильтрации жидкий молочный концентрат, а вводят в их исходном состоянии. В некоторых случаях предварительная гомогенизация сливок может приводить к получению концентрированных напитков, которые загустевают или разделяются на две или три фазы после стерилизации в автоклаве. Не вдаваясь в теорию, можно предположить, что предварительная гомогенизация сливок приводит к получению менее устойчивой эмульсии, поскольку сливки обычно содержат недостаточно белка для дальнейшего эмульгирования или снижения распределения размеров частиц жира исходных сливок. Например, можно предположить, что существует повышенная вероятность возникновения хлопьев из частиц жира, которые могут ускорять разделение фаз и/или загустевание в конечном продукте после стерилизации 6 автоклаве в случае предварительной гомогенизации сливок. Поэтому желательно уменьшить размеры частиц жира сливок после их добавления в концентрат, в котором имеется избыток белка для гомогенизации.
После концентрирования и охлаждения (необязательная стадия) жидкий молочный концентрат, в который добавили сливки, гомогенизируют для получения гомогенизированного жидкого молочного продукта. Гомогенизация может осуществляться с использованием одной или нескольких стадий. Например, в одном неограничивающем варианте первую стадию гомогенизации осуществляют в стандартном промышленном гомогенизаторе под давлением от примерно 1′500 psi до примерно 2′000 psi, и вторую стадию гомогенизации осуществляют под давлением от примерно 100 psi до примерно 300 psi. Полученный продукт может быть охлажден, если его сразу же не упаковывают. Например, полученный гомогенизированный продукт может быть охлажден, когда он протекает через регенерационную и охлаждающую секции пластинчатого теплообменника стандартного гомогенизатора. Не вдаваясь в теорию, можно предположить, что более высокое давление гомогенизации не обеспечивает получение приемлемых напитков, поскольку гомогенизированные продукты, полученные при более высоком давлении, обычно будут содержать большее количество частиц меньших размеров, что будет приводить к более высокой вероятности загустевания продукта из-за увеличенной частоты столкновений частиц и их последующего слипания.
Как уже указывалось, для получения устойчивого концентрата сливки желательно добавлять перед стадией гомогенизации. Не вдаваясь в теорию, можно предположить, что дополнительный жир, вносимый сливками, требует гомогенизации для получения частиц жира, которые сохранятся после стерилизации и после продолжительного хранения. Как уже указывалось, в предпочтительных вариантах сливки не гомогенизируют перед добавлением в концентрат, полученный в результате фильтрации, а подвергают гомогенизации вместе с этим концентратом для повышения устойчивости конечного продукта. Например, можно предположить, что гомогенизация не только уменьшает распределение размеров частиц жира сливок для задержки разделения после стерилизации в автоклаве, но, похоже, также обеспечивает покрытие каждой частицы жира слоем белка, в результате чего на поведение всех частиц жира меньше будут влиять добавки и условия последующей стерилизации в автоклаве. Кроме того, гомогенизация сливок в концентрате, в котором имеется избыток эмульгирующих белков, обеспечивает получение отдельных частиц жира при минимуме образования хлопьев. Недостаток белков повышает тенденцию к формированию слипшихся частиц (хлопьев). Слипшиеся частицы, похоже, ускоряют разделение фаз и загустевание продукта в процессе стерилизации в автоклаве или после нее.
После гомогенизации в гомогенизированный жидкий молочный продукт со сливками могут быть добавлены эффективные количества стабилизатора. В " качестве стабилизатора может использоваться хаотропный агент, буфер, связывающий кальций, или другой стабилизатор, который эффективно связывает кальций для предотвращения загустевания или разделения жидкого молочного концентрата в процессе хранения. Не вдаваясь в теорию, можно предположить, как это изложено в публикации US №2004/0067296 А1 (8.04.2004), что стабилизатор, связывающий кальций, предотвращает загустевание или разделения жидкого молочного концентрата при любом хранении до последующей стерилизации в автоклаве. В общем случае может использоваться любой буфер или хаотропный агент или стабилизатор, который обеспечивает связывание кальция. Примеры подходящих буферов, связывающих кальций, стабилизаторов и хаотропных агентов включают цитратные и фосфатные буферы, такие как мононатрийфосфат, динатрийфосфат, дикалийфосфат, динатрийцитрат, тринатрийцитрат, EDTA и другие аналогичные соединения или их сочетания.
В предпочтительном варианте в качестве буферной соли или стабилизатора используется смесь мононатрийфосфата и динатрийфосфата. Эффективное количество такой смеси зависит в общем случае от конкретного жидкого молочного продукта, используемого в качестве исходного материала, от требуемой степени концентрирования, от количества добавляемых сливок и от способности связывания кальция используемых конкретных стабилизаторов. Однако в общем случае для жидкого молочного концентрата, обогащенного сливками, эффективным стабилизатором является смесь в количестве от примерно 0,2% до примерно 0,6%, которая содержит от примерно 25% до примерно 50% мононатрийфосфата и от примерно 75% до примерно 50% динатрийфосфата. В одном из вариантов отношение мононатрийфосфата к динатрийфосфату, подходящее для получения устойчивого концентрата, находится в диапазоне от примерно 50:50 до примерно 75:25. При использовании цельного молока с ультрафильтрацией и добавлением сливок отношение компонентов стабилизаторов, находящееся за пределами указанного диапазоне, как правило, приводит к получению концентратов, которые после стерилизации в автоклаве загустевают или разделяются.
Во вспомогательные добавки могут быть включены и другие (необязательные) ингредиенты. В одном из вариантов могут быть добавлены улучшители ощущений во рту, ароматизаторы, сахара и другие вспомогательные ингредиенты, необходимые для конкретного применения. Например, может быть добавлено от примерно 10% до примерно 30% сахара (в некоторых вариантах от примерно 20% до примерно 30%) для обеспечения вышеупомянутых отношений и взаимозависимостей, которые позволяют получить необходимую устойчивость продукта. Сахар может быть добавлен после гомогенизации, однако его можно добавлять и до гомогенизации, если это необходимо для конкретного применения.
В другом случае подходящие улучшители ощущений во рту включают хлорид натрия, хлорид калия, сульфат натрия и их смеси. Предпочтительные улучшители ощущений во рту включают хлорид натрия и хлорид калия, а также их смеси, причем наиболее предпочтительным улучшителем является хлорид натрия. Ароматизаторы и другие добавки, такие как сахар, подсластители (природные и/или искусственные), эмульгаторы, аналоги жиров, мальтодекстрин, клетчатка, крахмалы, декстрины, а также природные и искусственные ароматизаторы или ароматические экстракты, обработанные ферментами, могут быть добавлены, если они не оказывают существенного неблагоприятного влияния на устойчивость продукта. В некоторых вариантах подсластители могут включать сильнодействующие природные и/или искусственные подсластители и/или смеси таких подсластителей с сахарозой. В качестве природных сильнодействующих подсластителей могут использоваться: стевия, стевиол-гликозиды, стевиозид и/или им подобные соединения, а также любые их смеси и модификации. Подходящие искусственные сильнодействующие подсластители могут включать сукралозу (такую как подсластители типа Splenda). В некоторых случаях такие сильнодействующие подсластители, смешанные с сахарозой, обеспечивают устойчивость после стерилизации в автоклаве.
0
Затем после концентрирования и охлаждения (необязательная стадия) жидкий молочный концентрат смешивают с эффективными количествами стабилизатора и других необязательных ингредиентов, которые уже упоминались, и стерилизуют для получения устойчивого жидкого молочного концентрата. В предпочтительных вариантах используют стерилизацию в автоклаве. Если требуется разбавить жидкий молочный концентрат, чтобы его концентрация соответствовала заданной величине, разбавление выполняют перед стерилизацией. Предпочтительно упаковку, запечатывание и стерилизацию осуществляют с использованием любого подходящего оборудования. Стерилизацию осуществляют при такой температуре и в течение такого времени, чтобы обеспечить показатель F стерилизации по меньшей мере примерно 5 минут, которые требуются для обеспечения практической стерильности, и до примерно 13,5 минут. В общем случае продолжительность процесса стерилизации складывается из времени нагрева, времени выдерживания и времени охлаждения. При нагреве температуру продукта поднимают до температуры, величина которой находится в диапазоне от примерно 118°С до примерно 145°С, в течение от примерно 1 секунды до примерно 30 минут. Затем эту температуру поддерживают в течение от примерно 1,5 секунды до примерно 15 минут. После чего продукт охлаждают до температуры ниже 25°С в течение от примерно 10 минут или быстрее. Для минимизации формирования пленки предпочтительно продукт в процессе стерилизации подвергают несильному перемешиванию (например, путем вращения емкости).
0
В целом тепловая обработка (в данном случае необязательный предварительный нагрев, концентрирование и стерилизация) регулируется таким образом, чтобы обеспечивалось получение жидкого молочного концентрата, в котором отношение белок/жир предпочтительно находится в диапазоне от примерно 0,4 до примерно 0,7, причем показатель F стерилизации при этом составляет по меньшей мере примерно 5 минут, и обеспечивается время хранения по меньшей мере примерно 9 месяцев в нормальных условиях. В общем случае устойчивый жидкий молочный концентрат по настоящему изобретению имеет вязкость в диапазоне от примерно 70 мПа-с до примерно 4000 мПа-с и предпочтительно от примерно 100 мПа-с до примерно 300 мПа-с при комнатной температуре (измерения вискозиметром Brookfield RV при температуре примерно 20°С с использованием шпинделя №2 на скорости 100 об/мин). Может использоваться практически любое упаковочное оборудование при условии, что оно сохраняет целостность молочного продукта, достаточную для обеспечения требуемого срока хранения. Например, можно осуществлять стерилизацию молочных концентратов в стеклянных бутылках или в пакетах, которые заполняют продуктом, запечатывают и затем осуществляют тепловую обработку. Молочные продукты могут также упаковываться в тару увеличенных размеров, таких как мешок в коробке или стандартная транспортная емкость. В одном из вариантов могут использоваться предварительно стерилизованные бутылки или фольгированные материалы картонных пакетов. Также могут использоваться упаковочные системы для пищевых продуктов с обозначением EST (увеличенный срок хранения) или упаковочные системы, в которых обеспечивается стерильность, однако способ по настоящему оборудованию не ограничиваются только таким оборудованием. Упаковочные системы для пищевых продуктов, которые могут использоваться в целях настоящего изобретения, также включают обычные системы, применяемые или применимые для текучих пищевых продуктов, особенно молочных продуктов или фруктовых соков. Для минимизации формирования пленки продукт может быть подвергнут несильному перемешиванию (например, путем вращения емкости). Молочный продукт также может быть загружен для транспортировки в автоцистерны или в железнодорожные цистерны.
Хотя это и не обязательно для обеспечения увеличенного срока хранения молочных продуктов по настоящему изобретению, эти продукты могут быть подвергнуты пастеризации и/или высокотемпературной обработке в случае прерывания процесса и/или для дополнительного увеличения срока хранения. Продукты, подвергнутые высокотемпературной обработке, упаковывают в стерильные емкости. Кроме того, одно из достоинств настоящего изобретения заключается в том, что высокотемпературная обработка обычно не требуется для обеспечения продолжительного срока хранения, в отличие некоторых известных способов получения молочных концентратов. Например, если продукт после ультрафильтрации/диафильтрации должен выдерживаться в течение продолжительного времени (например, больше суток) перед продолжением Процесса, то может осуществляться пастеризация такого продукта. При необходимости промежуточные продукты могут подвергаться пастеризации при условии, что она не скажется негативно на устойчивости конечного продукта.
В одном из вариантов конечный устойчивый жидкий молочный концентрат представляет собой молоко с хорошими органолептическими характеристиками, которое может быть запечатано в картриджах для использования в различных машинах, предназначенных для приготовления напитков. Примеры предпочтительного применения и машин для приготовления напитков приведены в публикаций заявки US №2004/0182250, полное содержание которой вводится здесь ссылкой, причем заявителем по указанной заявке является правопреемник по настоящей заявке. Концентрирование молока выгодно, поскольку оно позволяет получать больше молока из машин для приготовления напитков, но при этом необходимо хранить упаковки меньших объемов с меньшим количеством жидкости.
Например, для получения практически настоящей молочной пены, которая нравится любителям напитков типа каппучино, может использоваться картридж с концентрированным молоком. Отношения жир/белок и моменты добавления сливок по настоящему изобретению обеспечивают получение жидкого молочного концентрате, имеющего улучшенный вкус молока и поэтому подходящего для получения кофейных напитков с молоком, таких как каппучино, кофе латте и им подобные напитки. Например, картридж с устойчивым концентрированным молоком может использоваться для получения пены в машине низкого давления, как это описано в публикации заявки US №2004/0182250, с использованием давлений, не превышающих примерно 2 бара. В других применениях могут использоваться давления, превышающие 2 бара.
В другом варианте устойчивый жидкий молочный концентрат может также использоваться для приготовления молочного напитка. Например, такой напиток может быть приготовлен путем смешивания устойчивого жидкого молочного концентрата с водной средой, такой как вода. Молочный напиток можно также получать из картриджа, содержащего устойчивый жидкий молочный концентрат, как это описано в публикации заявки US №2004/0182250, путем пропускания водной среды через картридж для получения напитка разбавлением концентрата. В одном таком примере для получения молочного напитка устойчивый жидкий молочный концентрат может смешиваться с водной средой в отношении от примерно 1:1 до примерно 6:1.
Раскрытые в настоящем описании варианты концентратов с высоким содержанием сухих веществ и их достоинства иллюстрируются нижеприведенными примерами, однако конкретные условия, технологические схемы, материалы и их количества, указанные в этих примерах, а также другие условия и конкретные детали, не должны рассматриваться как ограничения этого способа. Если не указано иное, то приведенные проценты следует понимать как весовые проценты.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Ниже приведены примеры различных жидких молочных концентратов с высоким содержанием сухих веществ по настоящему изобретению.
Пример 2
Для некоторых молочных концентратов с высоким содержанием сухих веществ оценивали степень восстановления и вязкость. Полученные результаты приведены ниже в таблицах. Композиции Ваниль 1, 2, 3 и Карамель 1, 2, 3 - это композиции из Таблицы 2А.
Пример 3
Для оценки начальных скоростей разделения фаз в различных концентрированных молочных продуктах в интервалах от 0 до 5′000 секунд, от 0 до 10′000 секунд и от 5000 секунд до 10′000 секунд использовался прибор LumiSizer (LUM GmbH, г. Берлин, Германия). Полученные результаты приведены ниже в Таблице 7. Начальные скорости разделения фаз приведены в Таблице 7 в степени пропускания света (в %) в час. На фигуре 2 приведен график данных полученных в этом Примере с помощью прибора LumiSizer.
В общем образцы А, В, С, D и F имели величины ТрН, не превышающие 1, и должны быть очень устойчивыми. У образца Е величина ТрН равна 1,33, и можно ожидать, что устойчивость этого образца ниже устойчивости образцов с величинами ТрН, не превышающими 1. Величины ТрН для образцов G и Н составили 8,76 и 5,33, соответственно, и можно ожидать, что это наименее устойчивые образцы. В некоторых случаях наклон или величина ТрН уменьшается при увеличении отношения (P/BS) белка к буферной соли от 40 до 60 для всех отношений (P/F) белка к жиру. Как правило, наклон или величина ТрН увеличивается при уменьшении отношения (P/F) белка к жиру от 0,72 до 0,31. Можно ожидать, что примерно такие же результаты будут получены и для других молочных концентратов с высоким содержанием сухих веществ от примерно 38% до примерно 50%.
Пример 4
В Примере 3 прибор LumiSizer использовался для оценки молочных концентратов с высоким содержанием сухих веществ и высоким уровнем содержания, сахара. В Таблице 8 приведены характеристики концентратов и результаты, полученные с использованием прибора LumiSizer.
Соотношения сахара и других твердых компонентов, белка и жира, также обеспечивают приемлемые величины разделения фаз. Они показаны на фигурах 3 и 4. На фигуре 3 соседние пары точек данных относятся к одной композиции концентрата с увеличивающимся уровнем содержания сахара, и как можно видеть, величина ТрН (скорость разделения фаз) для конкретной композиции концентрата уменьшается, когда уровень сахара увеличивается, а содержание остальных компонентов не меняется.
Понятно, что специалистами в данной области техники могут быть осуществлены различные изменения элементов, материалов и схем осуществления способа, композиций и их ингредиентов, которые были раскрыты в настоящем описании и проиллюстрированы для всестороннего понимания идеи описанного способа и получаемого концентрата, в пределах сущности и объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой.