Продукт на зерновой основе с повышенной питательной ценностью, обогащенный пищевой клетчаткой и/или кальцием
CEREAL-BASED PRODUCT WITH IMPROVED NUTRITIONAL VALUE, ENRICHED WITH FOOD FIBRE AND/OR CALCIUM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к воздушным продуктам на зерновой основе с повышенной питательной ценностью, обогащенным нерастворимыми компонентами в форме частиц, такими как пищевая клетчатка и кальций, гранулам для включения нерастворимого компонента в форме частиц в воздушный зерновой продукт и способам изготовления гранул и воздушных продуктов на зерновой основе.
Предпосылки создания изобретения
Изготовление готовых к употреблению (RTE) блюд для завтрака из воздушных зерен обусловлено беспрепятственным увеличением в объеме расплавленного крахмала. Нерастворимые твердые частицы, такие как пищевая клетчатка или карбонат кальция, создают помехи процессу образования пузырьков и тем самым сдерживают степень и направление увеличения в объеме, что отрицательно сказывается на текстуре или ощущении во рту, таком как зернистость, на внешнем виде и длительности сохранения текстуры готового зернового продукта. Например, снижается степень увеличения в объеме взорванного зернового продукта, изготовленного в двухшнековом экструдере, размягчается его текстура, сокращается длительность сохранения текстуры, появляется ощущение зернистости, а внешний вид становится менее однородным. Устранение всех этих недостатков является сложной задачей из-за существования множества взаимосвязанных системных параметров, таких как вязкость и образование пузырьков, и механизмов, таких как рабочая скорость гидратации и механического смешивания. Когда RTE зерна обогащены как клетчаткой, так и кальцием, эти недостатки дополнительно усугубляются.
В патенте US 4619831 на имя Sharma описана композиция пищевой клетчатки, для получения которой покрывают нерастворимую клетчатку, такую как ферментативно и химически очищенные отруби злаков, растворимой клетчаткой, такой как гидроколлоид, например, пектин или альгинат, при этом количество нерастворимой пищевой клетчатки составляет от около 92% до около 98,5% по общему весу композиции в сухом состоянии.
В заявке WO 99/65336 (заявитель - Clark и др.) описаны агломерированные гранулы размером 88-2000 мкм, которые при их добавлении в пищевую композицию преимущественно не изменяют ее сенсорные характеристики, при этом каждая агломерированная гранула состоит из агломерированных частиц обогатителя, такого как карбонат кальция, и связующего, которым предпочтительно является кукурузный сироп.
В заявке WO 00/74501 (заявитель - Hessel и др.) описаны пшеничные отруби, покрытые подорожником блошиным, который покрыт пектином, который покрыт нерастворимым альгинатом, который покрыт глюкозой.
В патенте US 7981453 на имя Chen и др. описаны отруби, клетчатка, крахмал, глюкан или гидроколлоид в количестве 45-75% по весу, покрытые липидом в количестве от 10-35% по весу, который покрыт белком в количестве от 10-40% по весу.
Крахмал применяется для инкапсуляции нутрицевтиков, таких как витамины, минералы, жирные кислоты, жирные кислоты и пробиотики, с целью предотвращения их окисления и регулируемого высвобождения. В этих состава обычно применяются большие количества крахмала для инкапсуляции легкоокисляющихся веществ, что уменьшает количество нутрицевтика, доступного для включения в пищевой продукт.
В международной публикации заявки WO 95/26752 от 12 октября 1995 г. описано изготовление пищевого продукта в качестве энтеросолюбильного источника жирной кислоты, содержащего жирную кислоту вещества, аминокислоты или содержащего аминокислоту вещества путем по меньшей мере частичного образования комплекса жирной кислоты или аминокислоты с амилозной спиралью крахмала с целью маскирования кислоты. Продукт может содержать одно или несколько вкусоароматических веществ и красителей, жирорастворимых веществ, ингибиторов окисления или фармакологически действующих веществ. Компоненты могут быть сначала смешаны в сухом виде, после чего затем загружены в экструдер, в котором их преимущественно смешивают и затем нагревают до температуры, превышающей температуру желатинизации крахмала, чтобы получить упругую массу, которую экструдируют и формируют из нее гранулы.
3
Изготовление воздушных продуктов описано в публикациях ЕР 0465364 А1 от 8 января 1992 и ЕР 0462012 А2 от 18 декабря 1991 г., в патенте US 3962416 на имя Katzen и патенте US 3786123 на имя Katzen. В обеих публикациях Европейских патентов описан пищевой продукт для борьбы с ожирением и способ его изготовления путем экструзии крахмалов с жирными кислотами с получением воздушного продукта плотностью 0,1-0,3 г/см. В патенте US 3962416 на имя Katzen описан воздушный продукт, который содержит по меньшей мере одно питательное вещество и один желатинизированный крахмал. В патенте US 3786123 на имя Katzen описан способ изготовления инкапсулированных питательных веществ путем экструзии при температурах от 121°С до 204°С и давлениях от 200 фунтов/кв. дюйм до 2500 фунтов/кв. дюйм. Может использоваться богатое белками инкапсулирующее вещество, содержащее до 40% крахмала. Крахмал желатинизируют и экструдируют с получением воздушного продукта.
В международной публикации заявки WO 92/00130 от 9 января 1992 г. описан непрерывный способ получения инкапсулированного биологически активного продукта в крахмальной матрице. Биологически активное вещество и крахмал смешивают и экструдируют смесь, при этом нагревают инкапсулируемое биологически активное вещество вместе с крахмалом. В качестве альтернативы, инкапсулируемое вещество может добавляться и смешиваться с водной дисперсией крахмала после того, как крахмал и вода были подвергнуты воздействию повышенной температуры, достаточной для желатинизации крахмала. В процессе экструзии на смесь механически воздействуют с высоким усилием сдвига при температуре, превышающей температуру желатинизации крахмала.
В патенте US 5183690 на имя Carr и др. описан непрерывный способ придания заданных свойств высвобождения биологически активному веществу, инкапсулированному в матрицу из крахмального материала. Непрерывно смешивают крахмальный материал, действующее вещество и воду в потоке ингредиентов, при этом содержание сухого крахмального вещества составляет по меньшей мере 40%. Непрерывно экструдируют поток ингредиентов с получением экструдата, который непрерывно извлекают. Условия смешивания, экструзии и извлечения предварительно выбирают с целью обеспечения заданных свойств высвобождения.
В патенте US 6190591 и международной публикации заявки WO 98/18610 от 7 мая 1998 г. в обоих случаях на имя Bernhard Н. van Lengerich описана композиция в форме частиц с регулируемым высвобождением, которая содержит гидрофобный компонент для регулирования высвобождения инкапсулированного и/или внедренного действующего компонента из пластифицированной матрицы. Композиция с регулируемым или замедленным высвобождением может быть получена без существенного увеличения в объеме материала матрицы, чтобы тем самым избежать образования продукта малой плотности, который преждевременно или слишком быстро высвобождает инкапсулированный или внедренный компонент.
В международной публикации заявки WO 00/21504 от 20 апреля 2000 г., в патенте US 6500463 на имя Van Lengerich и в международной публикации заявки WO 01/25414 от 12 апреля 2001 г. описан непрерывный способ получения пригодных для длительного хранения твердых дискретных частиц с регулируемым высвобождением из жидкого инкапсулирующего компонента, в котором инкапсулировано чувствительное вещество, такое как термочувствительный или легкоокисляющийся фармацевтический, биологический или питательный действующий компонент, такой как незаменимые и/или высоконенасыщенные жирные кислоты. Смешивают жидкий инкапсулирующий компонент, в котором инкапсулировано действующее чувствительное вещество, такое как живой микроорганизм или фермент, растворенный или рассеянный в жидком пластификаторе, с пластицифируемым материалом матрицы. Пластифицируют материал матрицы с помощью жидкого пластификатора, и инкапсулируют действующее вещество при низкой температуре и в условиях низкого усилия сдвига.
В настоящем изобретении предложены способ и продукт для внедрения нерастворимого компонента в форме частиц, такого как пищевая клетчатка и кальций, в воздушный зерновой продукт без существенного сдерживания увеличения в объеме зернового продукта со стороны нерастворимого компонента в форме частиц. Твердые нерастворимые частицы, такие как частицы пищевой клетчатки или кальция, гранулируют с тем, чтобы они не создавали помех процессу образования пузырьков и не сдерживали степень и направление увеличения в объеме, что отрицательно сказывается на текстуре или ощущении во рту, таком как зернистость, на внешнем виде и длительности сохранения текстуры готового зернового продукта. Хотя воздушные зерновые продукты, такие как экструдированные взорванные RTE зерна, изготовленные согласно настоящему изобретению, обогащены большими количествами твердых или находящихся в форме частиц нерастворимых питательных компонентов, таких как пищевая клетчатка и кальций, они имеют хрустящую однородную текстуру и ячеистую структуру, дольше сохраняют текстуру, не имеют привкуса зернистости и имеют однородный внешний вид. Гранулированные нутрицевтические продукты содержат относительно небольшие количества крахмала или других веществ, используемых для инкапсуляции нутрицевтиков, за счет чего увеличивается количество нерастворимого питательного компонента, доступного для обогащения воздушных RTE зерновых продуктов или включения в них.
Краткое изложение сущности изобретения
В соответствии с настоящим изобретением гранула для включения нерастворимого компонента в форме частиц в воздушный зерновой продукт содержит частицы нерастворимого компонента, такого как клетчатка и/или кальций, сцепленные друг с другом связующим компонентом, который объединяет частицы нерастворимого компонента в связанную массу во избежание сдерживания увеличения в объеме зернового продукта со стороны нерастворимого компонента в форме частиц. Связующим компонентом может являться частично желатинизированный крахмал или полностью желатинизированный крахмал. Степень желатинизации крахмала, используемого в связующем компоненте, обеспечивает достаточное связывание для сцепления частиц нерастворимого компонента, такого как клетчатка, и формирования гранулы, и обычно может составлять по меньшей мере около 25%, предпочтительно по меньшей мере около 75%, наиболее предпочтительно по меньшей мере около 90% при измерении методом дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC). Количество связующего компонента может составлять от около 5% до около 40%, предпочтительно от около 10% до около 25%, наиболее предпочтительно от около 15% до около 20% по общему весу нерастворимого компонента в форме частиц и связующего компонента в сухом состоянии. Количество нерастворимого компонента может составлять от около 60% до около 95%, предпочтительно от около 75% до около 90%, наиболее предпочтительно от около 80% до около 85% по общему весу нерастворимого компонента в форме частиц и связующего компонента в сухом состоянии. Гранула может иметь размер частиц от около 200 мкм до около 2 мм, предпочтительно от около 500 мкм до около 1,5 мм, наиболее предпочтительно от около 800 мкм до около 1200 мкм. Общее количество нерастворимого компонента и связующего компонента может составлять по меньшей мере около 75%, предпочтительно по меньшей мере около 90%, до 100% по весу гранулы. Гранула может необязательно содержать по меньшей мере одну добавку в количестве до около 25% по весу гранулы. Связующий компонент может содержать желатинизированный крахмал в количестве по меньшей мере около 50%, предпочтительно по меньшей мере около 75%, более предпочтительно по меньшей мере около 90%, до 100% по весу связующего компонента, и необязательное дополнительное связующее вещество в количестве до около 50% по весу связующего компонента.
Согласно одной из особенностей изобретения зерновой продукт содержит куски воздушного готового к употреблению зернового продукта и гранулы согласно изобретению, которые преимущественно равномерно распределены среди кусков воздушного готового к употреблению зернового продукта. Куски воздушных зерен имеют ячеистую структуру, стенки которой образуют пустоты, а гранулы частично или полностью окружены стенками ячеистой структуры или прикреплены к ним.
Согласно другой особенности изобретения гранулы для включения нерастворимого компонента в форме частиц, такого как клетчатка и/или кальций, в воздушный зерновой продукт и предотвращения сдерживание увеличения в объеме воздушного зернового продукта со стороны нерастворимого компонента в форме частиц могут быть получены путем формирования сначала теста. Тесто может быть получено путем смешивания нерастворимого компонента в форме частиц, воды и связующего компонента в экструдере с целью объединения частиц нерастворимого компонента в преимущественно однородную связанную массу без существенного изменения нативной структуры нерастворимого компонента, такой как нативная структура клетчатки. Тесто может экструдироваться через матрицу с целью получения полосы экструдата, которая может разрезаться на куски, а куски могут сушиться с целью получения гранул. Нерастворимый компонент в форме частиц, который добавляется в экструдер, может иметь размер частиц по меньшей мере около 200 мкм, например, по меньшей мере около 300 мкм, но менее около половины диаметра экструзионной матрицы или полосы экструдата. Экструзия может осуществляться таким образом, чтобы предотвращать увеличение в объеме теста или экструдата нерастворимого компонента и связующего компонента при выходе из матрицы, например, при температуре массы на выходе из экструдера менее 100°С и давлении менее около 150 бар. Связующим компонентом может являться желатинизированный крахмал, получаемый путем частичной или полной желатинизации необработанного или нативного крахмала или нежелатинизированного крахмала в экструдере, или предварительно желатинизированный крахмал, который добавляют в экструдер, а затем пластифицируют в экструдере с помощью воды.
Согласно другой особенности изобретения воздушный зерновой продукт, такой как готовые к употреблению зерна, обогащенный нерастворимым компонентом в форме частиц, таким как клетчатка и/или кальций, может быть изготовлен путем смешивания муки по меньшей мере одного вида, воды и гранул согласно настоящему изобретению в экструдере с целью формирования преимущественно однородного теста, экструзии теста через экструзионную матрицу с целью увеличения теста в объеме, и резки увеличившегося в объеме теста на куски с целью получения воздушного готового к употреблению зернового продукта, в котором преимущественно равномерно распределено множество гранул. Куски воздушных зерен имеют ячеистую структуру, стенки которой образуют пустоты, а гранулы частично или полностью окружены стенками ячеистой структуры или прикреплены к ним. Количество гранул может составлять от около 5% до около 50%, предпочтительно от около 10% до около 30%, наиболее предпочтительно от около 15% до около 25% по общему весу готового продукта, такого как готовый к употреблению зерновой продукт. Воздушные зерновые продукты, такие как экструдированные взорванные RTE зерновые продукты, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, обогащены большими количествами твердых или находящихся в форме частиц нерастворимых питательных компонентов, таких как пищевая клетчатка и кальций. Несмотря на большие количества нерастворимых компонентов, таких как клетчатка и/или кальций, включенных в экструдированные RTE зерна, они имеют хрустящую однородную текстуру и ячеистую структуру, дольше сохраняют текстуру, не имеют привкуса зернистости и имеют однородный внешний вид. Включение нерастворимых компонентов преимущественно не сдерживает степень и направление увеличения в объеме, которое остается таким же или преимущественно таким же, как у продуктов, не содержащих нерастворимые компоненты.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано на сопровождающих его чертежах, на которых:
на фиг. 1 показана диаграмма, иллюстрирующая изменение твердости гранул в зависимости от их состава при различных соотношениях пшеничной клетчатки и пшеничных отрубей,
на фиг. 2А показана фотография, иллюстрирующая гранулы клетчатки в воздушном экструдате из пшеничной муки (окрашенные гранулы пшеничной клетчатки WF 600, Vitacell),
на фиг. 2В показана микрофотография, иллюстрирующая участок показанного на фиг. 2А экструдата, у которого в стенки ячеистой структуры внедрены гранулы клетчатки,
на фиг. 3 показано влияние распада гранул на способность увеличения в объеме экструдированнного воздушного зернового продукта для завтрака с точки зрения ячеистой структуры, поперечного увеличения в объеме (SEI) и продольного увеличения в объеме (LEI) при различных соотношениях гранулированной и негранулированной пшеничной клетчатки.
Подробное описание
Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что сочетание нерастворимого компонента в форме частиц, такого как клетчатка и/или кальций, и связующего компонента, такого как желатинизированный крахмал, объединяющего частицы нерастворимого компонента в связанную массу, из которой формируются не увеличенные в объеме гранулы, предотвращает сдерживание увеличения в объеме зернового продукта, такого как готовый к употреблению зерновой продукт, под действием нерастворимого компонента в форме частиц. Воздушные зерновые продукты, такие как экструдированные взорванные RTE зерна, имеют хрустящую однородную текстуру и ячеистую структуру, дольше сохраняют текстуру, не имеют привкуса зернистости и имеют однородный внешний вид, несмотря на то, что они обогащены большими количествами твердых или находящихся в форме частиц нерастворимых питательных компонентов. Гранулированные нутрицевтические продукты содержат относительно малые количества желатинизированного крахмала или других связующих веществ, что увеличивает доступное количество нерастворимого питательного компонента для обогащения воздушных RTE зерновых продуктов или включения в них.
Нерастворимым компонентом в форме частиц, включаемым в зерновой продукт, может являться одно или несколько из следующего: любой нерастворимый пищевой ингредиент, нутрицевтик или питательный ингредиент в форме частиц, который в противном случае сдерживал бы увеличение в объеме готового к употреблению зернового продукта. В контексте настоящего изобретения нерастворимый компонент в форме частиц включает любое вещество, по меньшей мере 40% весу, например по меньшей мере на 60% по весу которого нерастворимо в воде при комнатной температуре, или которое преимущественно полностью нерастворимо в воде при комнатной температуре. Примерами нерастворимых компонентов в форме частиц являются клетчатка и пищевые минералы, такие как соли кальция, цинка, магния, железа, фосфора, йода, марганца, меди, селена, молибдена, серы, кобальта, никеля, хрома, фтора, бора и стронция и их смеси. Примерами нерастворимых компонентов в форме частиц, являющихся пищевыми минералами, которые могут применяться в настоящем изобретении, являются карбонат кальция, оксалат кальция, цитрат кальция, фосфат кальция, такой как трифосфат кальция, карбонат цинка, окись цинка и их смеси.
Клетчаткой может являться любая нерастворимая клетчатка в форме частиц, получаемая из любого источника, включая источники пищевой клетчатки, которая содержит как нерастворимую, так и растворимую клетчатку. В контексте настоящего изобретения общей пищевой клетчаткой ("TDF") является как растворимая пищевая клетчатка ("SDF"), так и нерастворимая пищевая клетчатка ("IDF"). В контексте настоящего изобретения "пищевая клетчатка" включает растворимые и нерастворимые компоненты клеточных стенок растений, которые не расщепляются эндогенными (небактериальными) ферментами в желудочно-кишечном тракте человека. Поскольку пищевая клетчатка не всасывается в стенки тонкой кишки, она достигает толстой (ободочной) кишки. "Нерастворимая клетчатка" включает олиго- и полисахариды, такие как целлюлоза и гемицеллюлоза. Термином "растворимая клетчатка" обозначается клетчатка, растворимая по меньшей мере на 50% способом, описанным у L. Prosky и др., J. Assoc. Off. Anal. Chem., 71, 1017-1023 (1988). Примеры растворимой клетчатки включают пектин, бета-глюканы (маломолекулярные разветвленные полимеры глюкозы типа целлюлозы) и камеди, такие как ксантановая камедь. Согласно закону США о маркировке продуктов питания (NLEA) 1990 года добавки из клетчатки, применяемые в пищевых продуктах, обозначаются как пищевая клетчатка.
Примерами источников нерастворимой клетчатки, которая может применяться в настоящем изобретении, являются цельная пшеница, овес, кукуруза, ячмень, рожь, рис, в особенности, отруби этих злаков, плоды (такие как яблоки, цитрусовые, слива, манго, инжир и т.д.), овощи (такие как томаты, морковь, сельдерей и т.д.) или какао, устойчивый крахмал и их смеси. Предпочтительные нерастворимые компоненты в форме частиц, которые являются клетчаткой, применимой в настоящем изобретении, включают пшеничные отруби, пшеничную клетчатку, кукурузные отруби, клетчатку из овсяной шелухи, клетчатку из гороховой шелухи, клетчатку из соевой шелухи, клетчатку из соевой семядоли, клетчатку из сахарной свеклы, рисовую клетчатку, ячменную клетчатку, ржаную клетчатку, устойчивый крахмал, тростниковую клетчатку, клетчатку из сорго, клетчатку из овощей, клетчатку из плодов, микрокристаллическую клетчатку и их смеси.
В вариантах осуществления изобретения могут использоваться сочетания клетчатки, такой как пшеничные отруби, и пищевых минералов, таких как карбонат кальция.
Могут использоваться предлагаемые на рынке нерастворимые компоненты в форме частиц, такие как отруби и пищевые минералы. Они могут находиться в форме порошка в случае пищевых минералов или в размолотой или измельченной форме в случае клетчатки. В вариантах осуществления изобретения нерастворимый компонент может иметь размер частиц по меньшей мере около 200 мкм, например, по меньшей мере около 300 мкм, но обычно менее около половины диметра экструзионной матрицы или полосы экструдата, или гранулы, или до около 1 мм.
Связующий компонент, используемый в настоящем изобретении, связывает или сцепляет частицы нерастворимого компонента с тем, чтобы они слипались друг с другом и образовывали связанную массу, в результате чего значительно уменьшается площадь поверхности нерастворимого компонента в форме частиц, и предотвращается сдерживание увеличение в объеме зернового продукта со стороны нерастворимого компонента в форме частиц. Связующий компонент, используемый в настоящем изобретении, включает желатинизированный крахмал отдельно или в сочетании с одним или несколькими дополнительными связующими веществами. Желатинизированный крахмал быть частично или полностью желатинизирован. Степень желатинизации крахмала, используемого в связующем компоненте, обеспечивает достаточное связывание для сцепления частиц нерастворимого компонента, такого как клетчатка, и формирования гранулы, и обычно может составлять по меньшей мере около 25%, предпочтительно по меньшей мере около 75%, наиболее предпочтительно по меньшей мере около 90% при измерении методом дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC). Желатинизированный крахмал предпочтительно получают путем желатинизации необработанного или нативного крахмала in-situ во время грануляции нерастворимого компонента в форме частиц. В других вариантах осуществления может использоваться предварительно желатинизированный или модифицированный крахмал, который может быть пластифицирован с помощью жидкого пластификатора, такого как вода, во время получения гранул с целью формирования пластифицированной массы, связывающей частицы нерастворимого компонента.
Примеры необработанных или нативных крахмалов, которые могут использоваться с целью получения по меньшей мере частично желатинизированного крахмала или модифицированного или предварительно желатинизированного крахмала связующего компонента, включают крахмалы, полученные из кукурузы, пшеницы, риса, картофеля, тапиоки или крахмала с высоким содержанием амилозы и их смеси. Источники крахмала, которые могут использоваться, также включают цельнозерновую или рафинированную муку из таких зерновых культур, как кукуруза, пшеница, твердая пшеница, рис, ячмень, овес, рожь и их смеси.
Примеры необязательного одного или нескольких связующих веществ, которые могут использоваться с по меньшей мере частично желатинизированным крахмалом, включают гидроколлоиды, такие как каррагенины, альгинаты, ксантановая камедь, гуммиарабик, гуаровая мука или гуаровая камедь, агар, трагакант, карайя, камедь плодов рожкового дерева и пектин, растворимые клетчатки, такие как фруктоолигосахариды, инулин, галактоолигосахариды, ксилоолигосахариды, манноолигосахариды, полидекстроза, устойчивые декстрины, циклодекстрины, аравийская камедь, лиственничная камедь, галактоманнаны, такие как камедь плодов рожкового дерева, камедь тары, пажитник, глюкоманнаны или конжаковая мука, подорожник блошиный, высокометоксилированные пектины, бета-глюканы из овса или ячменя, арабиноксиланы из пшеницы и химически модифицированные целлюлозы, преобразованные крахмалы, декстрины, мальтодекстрины, глюкозные сиропы, сахара, такие как моно- и дисахариды, пшеничную клейковину, такую как нативная пшеничная клейковина или выделенная клейковина, растительные или молочные белки, такие как белок из сои или молока. Дополнительные связующие вещества, такие как мальтодекстрины, моно- или дисахариды, могут использоваться с целью воздействия на распад и сцепление, чтобы усилить сцепление между нерастворимыми частицами и/или усилить функциональные возможности и свойства желатинизированного крахмала.
Количество используемого по меньшей мере частично желатинизированного крахмала может составлять по меньшей мере около 50%, предпочтительно по меньшей мере около 75%, более предпочтительно по меньшей мере около 90%, до 100% по весу связующего компонента. Количество необязательного дополнительного связующего вещества может составлять до около 50%, например до около 25%, обычно до около 10% по весу связующего компонента.
Количество связующего компонента может составлять от около 5% до около 40%, предпочтительно от около 10% до около 25%, наиболее предпочтительно от около 15% до около 20% по общему весу нерастворимого компонента в форме частиц и связующего компонента в сухом состоянии. Количество нерастворимого компонента может составлять от около 60% до около 95%, предпочтительно от около 75% до около 90%, наиболее предпочтительно от около 80% до около 85% по общему весу нерастворимого компонента в форме частиц и связующего компонента в сухом состоянии.
Общее количество нерастворимого компонента и связующего компонента может составлять по меньшей мере около 75%, предпочтительно по меньшей мере около 90%, до 100% по весу гранулы. Гранула может необязательно содержать по меньшей мере одну добавку в количестве до около 25% по весу гранулы.
Примерами одной или нескольких добавок, которые могут использоваться в гранулах, являются глицерин, полиэтиленгликоль, сорбит, жиры или масла и другие смягчители для контроля или регулирования мягкости гранулы. В вариантах осуществления изобретения гранулы могут не содержать клейковины с целью изготовления не содержащих клейковины зерновых продуктов.
Гранула может иметь размер частиц от около 200 мкм до около 2 мм, предпочтительно от около 500 мкм до около 1,5 мм, наиболее предпочтительно от около 800 мкм до около 1200 мкм.
Гранулы согласно настоящему изобретению могут быть изготовлены из теста, полученного путем смешивания нерастворимого компонента в форме частиц, воды и связующего компонента в экструдере с целью объединения частиц нерастворимого компонента в преимущественно однородную связанную массу без существенного изменения нативной структуры нерастворимого компонента, такой как нативная структура клетчатки. Когда связующий компонент включает одно или несколько связующих веществ, они могут добавляться в виде преимущественно однородной сухой заранее приготовленной смеси или отдельно добавляться в экструдер и смешиваться в нем. В вариантах осуществления изобретения, в которых используется несколько нерастворимых компонентов в форме частиц, они могут добавляться в экструдер в виде заранее приготовленной смеси или отдельно. Кроме того, нерастворимый компонент в форме частиц и связующий компонент могут добавляться в экструдер в виде преимущественно однородной сухой заранее приготовленной смеси или отдельно.
Количество используемой воды должно быть достаточным для формирования экструдируемого однородного теста или пластифицированной массы. Например, количества воды, которые могут использоваться, составляют от около 10% до около 50%, обычно от около 20% до около 40% по общему весу теста.
Экструзия может осуществляться таким образом, чтобы предотвращать увеличение в объеме теста или экструдата нерастворимого компонента и связующего компонента при выходе из матрицы. Например, экструзия может осуществляться таким образом, чтобы температура массы на выходе из экструдера составляла менее 100°С, а давление в экструдере составляло менее около 150 бар. Когда связующим компонентом является желатинизированный крахмал, получаемый путем частичной или полной желатинизации необработанного или нативного крахмала или нежелатинизированного крахмала в экструдере, температура экструзии должна превышать температуру желатинизации крахмала. Когда связующим компонентом является предварительно желатинизированный крахмал, который добавляют в экструдер, а затем пластифицируют в экструдере с помощью воды, могут использоваться температуры экструзии ниже температуры желатинизации крахмала, такие как комнатная температура. Тесто может экструдироваться через матрицу с целью получения полосы экструдата, полоса экструдата может разрезаться на куски, и куски могут высушиваться с целью получения гранул.
В вариантах осуществления изобретения тесто, содержащее все ингредиенты, может быть получено с использованием традиционного смесителя периодического действия и традиционного смесителя непрерывного действия с последующей экструзией с использованием одношнекового экструдера. В других вариантах осуществления изобретения тесто может быть получено путем непрерывного использования только смесителя непрерывного действия или экструдера. Могут преимущественно использоваться двухшнековые экструдеры или двухшнековые смесители с синхронизированными шнеками, позволяющие непрерывно перемешивать тесто и затем экструдировать его через экструзионную матрицу. Могут использоваться двухшнековые экструдеры с синхронизированными взаимосцепленными шнеками, такие как производятся компаниями Buhler (Швейцария), Clextral (Франция), Werner and Pfleiderer (Германия), APV (Англия) или Wenger (США) или тестомешалка Со-Kneader производства компании Buss (Швейцария).
Для загрузки твердых компонентов в экструдер могут использоваться традиционные загрузочные устройства для твердой фазы, такие как объемный или весовой питатель. Для впрыска жидких компонентов или растворов, дисперсий, эмульсий или суспензий могут использоваться инжекторные сопла.
Смешивание ингредиентов внутри экструдера может осуществляться путем использования соответствующей конфигурации экструзионного шнека с целью достижения смешивания с низким усилием сдвига. Например, может использоваться сочетание чередующихся транспортных элементов с малым шагом и распределяющих смесительных элементов, которые расположены в шахматном порядке под углом друг к другу, чтобы обеспечивать ориентированный по оси просачивающийся поток внутри цилиндра экструдера. Сочетание чередующихся транспортных элементов и распределяющих смесительных элементов обеспечивает постоянное прерывание потока материалов без сдвига массы, в результате чего происходит смешивание с малым потреблением механической энергии. В других вариантах осуществления изобретения могут использоваться другие конфигурации экструзионного шнека, которые способствуют смешиванию с распределением и низким усилием сдвига, такие как шнеки типа ZME, ТМЕ, SME и так называемые шнеки IGEL, предлагаемые на рынке компанией Werner and Pfleiderer.
Для достаточного смешивания и распределения связующего компонента и нерастворимого компонента в форме частиц отношение длины участка смешивания с распределением к его диаметру может составлять от около 3 до 12, предпочтительно от около 4 до 6. Затем по меньшей мере преимущественно однородная смесь пластифицированного связующего компонента и нерастворимого компонента в форме частиц может направляться в сторону плиты экструзионной матрицы. Транспортировка может обеспечиваться за счет использования транспортных элементов с малым шагом экструзионного шнека, которые создают достаточное давление до экструзии смеси, позволяющее продавливать ее через отверстия в плите матрицы. Другой функцией элементов с малым шагом является повышение степени наполнения на последнем участке цилиндра экструдера. За счет повышенной степени наполнения обеспечивается регулирование профиля температур смеси внутри цилиндра экструдера с целью достижения оптимальной коррекции вязкости и затем экструзии через отверстия матрицы. Тесто или рыхлая масса или смесь может быть экструдирована, спрессована или сжата посредством экструзионной матрицы с отверстиями диаметром от около 0,1 мм до около 2 мм, предпочтительно от около 0,5 мм до около 1,5 мм. Диаметр полосы экструдата и продукта может превышать диаметр отверстий в матрице из-за деформации или набухания по мере выхода композиции из матрицы. Увеличение в диаметре при выходе из матрицы может происходить без или преимущественно без формирования воздушной, взорванной, пузырчатой или ячеистой структуры. Поперечный диаметр полосы экструдата может составлять от около 0,2 мм до около 2 мм, предпочтительно от около 0,5 мм до около 1,5 мм, наиболее предпочтительно от около 0,8 мм до около 1,2 мм.
Полоса экструдата может разрезаться на лицевой поверхности матрицы с использованием вращающегося резального устройства, гранулятора или вращающихся ножей. В других вариантах осуществления полоса экструдата может разрезаться на удалении от матрицы с использованием традиционных резальных или формующих средств для изготовления гранул или таблеток. Отрезаемые куски или гранулы могут иметь отношение длины к диаметру от около 0,5 до 10, предпочтительно около 1.
После резки полученные куски или гранулы могут быть высушены до достаточно низкого содержания влаги, обеспечивающего достаточно длительную неизменность свойств при хранении или срок хранения. Например, гранулы могут быть высушены с целью достижения неизменности свойств при хранении или срока хранения в течение по меньшей мере около шести месяцев, предпочтительно по меньшей мере около двенадцати месяцев, наиболее предпочтительно по меньшей мере около тридцати шести месяцев. В вариантах осуществления настоящего изобретения сушка может осуществляться с использованием традиционного сушильного оборудования при температурах, не влияющих отрицательно на термостойкость компонентов. Температуры сушки могут составлять, например, от около 20°С до около 90°С, обычно от около 60°С до около 85°С. Сушка может осуществляться с целью достижения содержания влаги менее около 30% по весу, предпочтительно менее около 12% по весу, наиболее предпочтительно менее около 10% по весу, например, менее около 8% по весу. Для сушки может использоваться традиционный псеводоожиженный слой или другие традиционные средства сушки.
Гранулы согласно настоящему изобретению могут использоваться для обогащения традиционных составов зерновых продуктов и получения обогащенных зерновых продуктов, таких как готовые к употреблению зерна, с использование традиционного оборудования и технологий переработки зерновых продуктов. Например, воздушный зерновой продукт, такой как готовые к употреблению зерна, обогащенный нерастворимым компонентом в форме частиц, таким как клетчатка и/или кальций, может быть получен путем смешивания муки по меньшей мере одного вида, воды и гранул согласно настоящему изобретению в экструдере с целью формирования теста традиционным способом. Мукой может являться любая мука, традиционно используемая при изготовлении зерновых продуктов, такая как цельнозерновая или рафинированная мука из таких зерновых культур, как кукуруза, пшеница, твердая пшеница, рис, ячмень, овес, рожь и их смеси.
Тесто может быть экструдировано через экструзионную матрицу с целью увеличения его объеме с использованием традиционных температур и давлений экструзии, применяемых для изготовления воздушных готовых к употреблению зерен или закусочных продуктов. Температуры экструзии могут составлять, например, от около 100°С до около 150°С, обычно от около 105°С до около 135°С, а давления экструзии могут составлять, например, от около 10 бар до около 100 бар, обычно от около 25 бар до около 75 бар. Увеличенное в объеме тесто может быть разрезано на куски с целью получения воздушного готового к употреблению зернового или закусочного продукта. В воздушных RTE зернах или закусочном продукте может содержаться множество гранул, преимущественно равномерно распределенных в нем. Куски воздушных зерен имеют ячеистую структуру, стенки которой образуют пустоты, а гранулы частично или полностью окружены стенками ячеистой структуры или прикреплены к ним. Гранулы в воздушном зерновом продукте могут быть преимущественно не увеличены в объеме. В процессе экструзии и/или увеличения в объеме крахмал зернового продукта может расплавляться, образуя матрицу из расплавленного крахмала без создания помех или разрушительного взаимодействия с нерастворимым компонентом в форме частиц, таким как клетчатка или кальций. Уменьшение площади контакта за счет гранулирования нерастворимого компонента в форме частиц, такого как клетчатка или кальций до изготовления воздушного зернового продукта, ослабляет или исключает отрицательное влияние нерастворимого компонента в форме частиц на матрицу из расплавленного крахмала и процесс увеличения в объеме, такой как число образующихся воздушных пузырьков и толщины стенок ячеистой структуры у воздушного продукта.
Количество гранул может составлять от около 5% до около 50%, предпочтительно от около 10% до около 30%, наиболее предпочтительно от около 15% до около 25% по общему весу готового продукта, такого как готовые к употреблению воздушные зерна или закусочный продукт. Воздушные зерновые продукты, такие как экструдированные взорванные RTE зерна, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, обогащены большими количествами твердых или находящихся в форме частиц нерастворимых питательных компонентов, таких как пищевая клетчатка и кальций. Несмотря на большие количества нерастворимых компонентов, таких как клетчатка и/или кальций, включенных в экструдированные RTE зерна, они имеют хрустящую однородную текстуру и ячеистую структуру, дольше сохраняют текстуру, не имеют привкуса зернистости и имеют однородный внешний вид. Включение нерастворимых компонентов преимущественно не сдерживает степень и направление увеличения в объеме, которое остается таким же или преимущественно таким же, как у продуктов, не содержащих нерастворимые компоненты.
Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано следующими неограничивающими примерами, в которых все части, процентные содержания, пропорции и соотношения приведены по весу, все температуры приведены в °С, а все давления приведены в атмосферах, если не указано иное.
Пример 1
Получение гранул клетчатки
2
Загрузили сухую основную смесь, состоящую из 15 частей крахмала и 85 частей пищевой клетчатки, через загрузочное отверстие двухшнекового экструдера Werner & Pfleiderer со скоростью 4 кг/час. Загрузили воду со скоростью 1,6 кг/час в тот же цилиндр двухшнекового экструдера. Во всех цилиндрах экструдера поддерживали температуру 16°С. Матрица состояла из 40 кольцевых отверстий диаметром 1 мм каждое. Перемешали указанные ингредиенты при частоте вращения шнека 150 об/мин и сформировали тесто, которое экструдировали через отверстия в матрице под давлением 100 бар и при температуре продукта 90°С. По данным расчетов скорость прохождения экструдата через матрицу составляла 0,1783 кг/час на мм. После выхода из матрицы разрезали полосы экструдата с помощью вращающихся ножей на отдельные части длиной 1 мм, которые высушили в конвекционной печи, пока содержание влаги в них не стало менее 5% по весу водного баланса. Полученные гранулы содержали нерастворимую пищевую клетчатку, склеенную пластифицированными частицами крахмала.
Пример 2
Получение гранул клетчатки
Получили гранулы клетчатки, как в Примере 1, за исключением того, что использовали сухую основную смесь, состоящую из 20 частей крахмала и 80 частей пищевой клетчатки.
Пример 3
Получение гранул клетчатки
Получили гранулы клетчатки, как в Примере 1, за исключением того, что использовали сухую основную смесь, состоящую из 25 частей крахмала и 75 частей пищевой клетчатки.
Пример 4
Получение гранул клетчатки
Получили гранулы клетчатки, как в Примерах 1-3, за исключением того, что в качестве источника части крахмала, а также источника клетчатки использовали пшеничные отруби.
Пример 5
Получение гранул клетчатки переменной твердости
В этом примере изменяли твердость гранул клетчатки путем изменения композиции клетчатки. Получили различные сухие основные смеси, состоящие из 15 частей крахмала и 85 частей пищевой клетчатки. Пищевая клетчатка состояла из смеси пшеничных отрубей/пшеничной клетчатки. Изменяли состав смесей путем изменения соотношения пшеничных отрубей и пшеничной клетчатки в интервале (100:00, 75:25, 50:50, 25:75, 00:100). Загрузили полученные смеси в загрузочное отверстие двухшнекового экструдера Werner & Pfleiderer со скоростью 4 кг/час. Загрузили воду со скоростью 1,6 кг/час в тот же цилиндр двухшнекового экструдера. Во всех цилиндрах экструдера поддерживали температуру 16°С. Матрица состояла из 40 кольцевых отверстий диаметром 1 мм каждое. Перемешали указанные ингредиенты при частоте вращения шнека 150 об/мин и сформировали тесто, которое экструдировали через отверстия в матрице под давлением 100 бар и при температуре продукта 90°С. После выхода из матрицы разрезали полосы экструдата с помощью вращающихся ножей на отдельные части длиной 1 мм, которые высушили в конвекционной печи, пока содержание влаги в них не стало менее 5% по весу водного баланса. Полученные гранулы содержали нерастворимую пищевую клетчатку, склеенную пластифицированными частицами крахмала. Гранулы, изготовленные из различных композиций пшеничных отрубей (WB) и пшеничной клетчатки (WF), имели различную твердость. Как показано на фиг. 1, твердость, измеренная как максимальное усилие (N), требующееся для того, чтобы разрезать гранулу, составляет от около 20 N до около 145 N и возрастает пропорционально увеличению доли пшеничной клетчатки и снижению доли пшеничных отрубей.
Пример 6
Применение гранул пищевой клетчатки в экструдированных продуктах
Загрузили сухую основную смесь, состоящую из 90 частей пшеничной муки и 10 частей гранул пищевой клетчатки, полученных согласно Примеру 1, в загрузочное отверстие двухшнекового экструдера Werner & Pfleiderer со скоростью 7,38 кг/час.
Загрузили воду со скоростью 0,405 кг/час кг/час в тот же цилиндр двухшнекового экструдера. В первых двух сегментах цилиндров экструдера поддерживали температуру 16°С. Нагрели сегменты 3, 4, 5 и 6 до 110°С. Матрица состояла из 1 кольцевого отверстия диаметром 3 мм. Перемешали указанные ингредиенты при частоте вращения шнека 275 об/мин и сформировали тесто, которое экструдировали через отверстия в матрице под давлением 50 бар и при температуре продукта 130°С. После выхода из матрицы поместили увеличенные в объеме полосы эктрудата на лотки и высушили в конвекционной печи при температуре 80°С в течение 1 часа. Полученный продукт содержал гранулированную пищевую клетчатку. Гранулы клетчатки оставались неповрежденными после экструзии и были внедрены в стенки воздушной структуры, как показано на фиг. 2А и 2Б.
Пример 7
Влияние распада гранул на способность увеличения в объеме
Получили пять различных основных смесей, состоящих из 95 частей пшеничной муки и 5 частей пищевой клетчатки. Варьировали состав 5 частей пищевой клетчатки в каждой смеси путем использования различных соотношений гранулированной и негранулированной пшеничной клетчатки. Загрузили полученные смеси в загрузочное отверстие двухшнекового экструдера Werner & Pfleiderer со скоростью 7,38 кг/час. Загрузили воду со скоростью 0,405 кг/час кг/час в тот же цилиндр двухшнекового экструдера. В первых двух сегментах цилиндров экструдера поддерживали температуру 16°С. Нагрели сегменты 3, 4, 5 и 6 до 110°С. Матрица состояла из 1 кольцевого отверстия диаметром 3 мм. Перемешали указанные ингредиенты при частоте вращения шнека 275 об/мин и сформировали тесто, которое экструдировали через отверстия в матрице под давлением 50 бар и при температуре продукта 130°С. После выхода из матрицы поместили увеличенные в объеме полосы эктрудата на лотки и высушили в конвекционной печи при температуре 80°С в течение 1 часа. Полученные продукты содержали гранулированную пищевую клетчатку с различными степенями распада (dod). Как показано на фиг. 3, чем выше степень распада, тем больше отрицательное влияние клетчатки и способность увеличения в объеме и свойства текстуры. При повышении dod уменьшалось поперечное увеличение в объеме (SEI) и возрастало продольное увеличение в объеме (LEI). Как показано на фиг. 3, при повышении dod воздушные пузырьки в продукте становились меньше и плотнее.