ЭМУЛЬСИЯ МАСЛА В ВОДЕ, ЭКСТРУДИРОВАННЫЙ ТВЕРДЫЙ ПРОДУКТ НА ЕЕ ОСНОВЕ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
EMULSION OF OIL IN WATER, EXTRUDED SOLID PRODUCT ON ITS BASIS FOR USE IN FOOD PRODUCTS AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к твердому продукту, представляющему собой экструдируемую смесь эмульсии масла в воде и твердого матрикса. Твердый продукт может использоваться в продуктах питания, например, как добавка к напиткам или, например, в качестве быстрорастворимых питьевых продуктов. Кроме того, настоящее изобретение предоставляет эмульсию масла в воде, стабильную в условиях, требуемых для приготовления такого твердого продукта. Кроме того, в отличие от традиционных пищевых добавок типа сливок на основе порошков, высушенных распылением или сублимацией, твердый продукт по настоящему изобретению самодиспергируется при его добавлении в водную среду, то есть не требует перемешивания. Кроме того, он может образовывать пену без каких-либо пенообразующих агентов.
Уровень техники
Обычно продукты, подобные заменителю сливок для кофе в быстрорастворимой форме, производятся путем распылительной сушки. Однако продукты, произведенные распылительной сушкой, существуют в сухой форме, а вследствие изменений потребностей потребителя предвидится необходимость более гибких предложений таких, как продукты в жидкой форме или продукты, которым можно придать различную форму. Кроме того, процесс распылительной сушки требует относительно объемного производственного оборудования, и требуются специальные предосторожности, чтобы избежать микробиологического загрязнения или перекрестного загрязнения от других продуктов, производимых на данном оборудовании. Следовательно, существует потребность в создании альтернативного способа способу распылительной сушки, в котором легко чистить оборудование и можно осуществлять быстрые перенастройки.
Краткое изложение сущности изобретения
В соответствии с такой возрастающей потребностью в более гибких решениях, авторы настоящего изобретения разработали способ, альтернативный распылительной сушке, а именно с использованием экструзии. Этот способ предлагает гибкое решение по отношению к полученному продукту и может устранить необходимость дальнейшего добавления компонента после обработки. Когда получают продукт распылительной сушкой, то обычно в процессе распылительной сушки участвуют не все компоненты, некоторые добавляют позже, однако же при использовании экструзии все компоненты могут подвергаться процессу экструзии, то есть это более простой и экономичный процесс. Кроме того, способ менее чувствителен к окислению, используемое оборудование легко чистить с целью избежания микробиологического или другого вида загрязнения, что приводит к получению безопасной продукции. Более того, способ, включающий экструзию, приводит к получению продукта с улучшенной консистенцией.
Целью изобретения является создание самодиспергируемого твердого продукта для использования в продуктах питания. Другой целью изобретения является создание твердого продукта, который при добавлении к воде или другой жидкости дает гомогенную смесь жира и других компонентов, и наоборот. Кроме того, целью изобретения является образование твердого продукта, который без пенообразующих или стабилизирующих добавок дает устойчивый слой пены в добавок к отбеливающей способности.
Неожиданно авторы настоящего изобретения обнаружили, что возможно экструдировать смесь, состоящую из эмульсии масла в воде, без последствий в виде коалесценции или инверсии эмульсии. В связи с этим возможно получать твердый продукт, который имеет полезные свойства, когда используется, например, в качестве продукта питания или пищевой добавки, поскольку он самопроизвольно диспергируется при добавлении его к воде и наоборот, и благодаря тому, что жировые компоненты твердого продукта наделяют продукт забеливающей способностью. Кроме того, твердый продукт может, если требуется, давать слой пены без добавления специальных пенообразователей. Экструдируемая смесь, а именно состоящая из эмульсии масла в воде и твердого матрикса, может быть составлена различными способами путем варьирования как эмульсии масла в воде, так и твердого матрикса, что приводит к получению продуктов, которые могут быть, например, готовыми быстрорастворимыми напитками или добавками к напиткам. Примерами готовых быстрорастворимых напитков являются «смеси 3 в 1», в которых, например, сливки, сахар и кофе экструдируются в соответствующем соотношении. Поскольку полностью твердый продукт экструдируется в твердые формы, полностью устраняется проблема сегрегации (расслоения).
В отличие от известных рецептур (обычно приготовляемых распылительной сушкой), твердый продукт в соответствии с настоящим изобретением сохраняет свойства, особенно в отношении забеливающей способности и способности диспергироваться при контакте с водной средой. В этой связи, основной проблемой является возможность экструдирования и расширения в объеме эмульсии масла в воде вместе с твердым матриксом для получения твердого продукта, в котором содержание жира (жировой фазы в эмульсии жира в воде) является однородно распределенным (гомогенным) в твердом продукте, и где размер частиц жирного вещества (веществ) достаточно мал для того, чтобы получить желаемую забеливающую способность. В этой связи очень важно, чтобы эмульсия жира в воде могла выдерживать условия экструзии и расширения в объеме без того, чтобы приводить, например, к коалесценции (то есть, маслянистые вещества «вытекают» вместе или объединяются в агрегаты) или инверсии эмульсии (то есть чтобы взамен этого образовывать эмульсию воды в масле, что приводит к диспергированию водной фазы вместо масляной фазы).
В одном из аспектов настоящее изобретение относится к эмульсии масла в воде, имеющей содержание воды самое большее около 30 мас.%, и являющейся устойчивой к коалесценции и инверсии, когда подвергается воздействию условий, включающих
i) экструдирование смеси эмульсии масла в воде вместе с твердым матриксом в массовом соотношении от 1:0,5 до около 1:5 путем нагревания при температуре, по меньшей мере, равной температуре плавления смеси или превышающей ее, чтобы получить экструдированный продукт, и
ii) расширение в объеме полученного таким образом экструдированного продукта в вакууме, чтобы получить твердый продукт, имеющий содержание воды самое большее около 10%.
Далее, настоящее изобретение относится к твердому продукту для использования в продуктах питания, составленному из эмульсии масла в воде, как определено выше, экструдированной вместе с твердым матриксом и расширенной в объеме в вакууме, эмульсии масла в воде, состоящей из
i) масляной фазы, состоящей из одного или более жировых компонентов, и
ii) водной фазы,
и твердому продукту, являющемуся самодиспергированным, когда он добавляется к водной среде. Масляная фаза может также именоваться жировой фазой, и в эмульсии масла в воде масляная фаза диспергирована в непрерывной водной фазе.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения твердого продукта для использования в пищевых продуктах путем
i) экструдирования смеси эмульсии масла в воде, состоящей из масляной фазы и водной фазы, и масляной фазы, включающей один или более жировых компонентов, вместе с твердым матриксом при температуре, по меньшей мере, равной температуре плавления экструдируемого материала или превышающей ее;
ii) расширением в объеме экструдированного материала в вакууме; и
iii) возможно, удалением остаточной влаги путем сушки
для получения твердого продукта.
Описание чертежей
Фигура 1 демонстрирует схему организации процесса.
Фигура 2 демонстрирует конфокальную флуоресцентную микроскопию экструдированных сливок после шлифования и окрашивания.
Фигура 3 демонстрирует образование пены после диспергирования сливок немолочного происхождения в соответствии с примерами 1, 2 и 3.
Подробное описание изобретения
Как отмечалось выше, свойства и состав эмульсий масла в воде для использования в приготовлении твердого продукта согласно изобретению являются важными для достижения желаемого результата в отношении забеливающих свойств и диспергируемости.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает эмульсию масла в воде, которая имеет содержание воды самое большее около 30 мас.% и которая устойчива к коадесценции и инверсии, когда подвергается воздействию условий, включающих
i) экструдирование смеси эмульсии масла в воде вместе с твердым матриксом в соотношении по массе от 1:0,5 до около 1:5 путем нагрева при температуре, по меньшей мере, равной температуре плавления смеси или превышающей ее, чтобы получить экструдированный продукт, и
ii) расширение в объеме полученного таким образом экструдированного продукта в вакууме для получения твердого продукта, имеющего содержание воды самое большее около 10%.
Эмульсия масла в воде согласно данному изобретению должна удовлетворять вышеупомянутому требованию относительно экструзии и расширения в объеме. Может использоваться любой подходящий экструдер, например, одношнековый, двухшнековый, мультишнековый, дисковый экструдер, экструдер с планетарными шнеками и т.д. или любая другая смесительная система непрерывного или периодического действия с возможностью формования расплава (расплавленной смеси). Более того, термин «вакуум», использующийся в настоящем контексте, предназначен для обозначения давления между 0,01 и 250 мбар, предпочтительно между 1 и 50 мбар. Особенно предпочтителен диапазон между 10 и 25 мбар. Подходящим твердым матриксом, который следует использовать в вышеупомянутом исследовании, является мальтодекстрин DE 21 или мальтодекстрин DE 29 или их смесь.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что эмульсия типа масло/вода является устойчивой при высоком усилии среза, высоких температурах, высоких давлениях и минимальном количестве воды в экструдере.
Чтобы получить относительно высокую дозировку частиц жира и в то же время избежать коалесценции и/или инверсии в ходе экструзии и расширения в объеме, авторы настоящего изобретения обнаружили, что является важным, чтобы содержание воды было относительно низким, то есть самое большее около 30 мас.%.
Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что если присутствует эмульгатор, например казеинат, массовое соотношение между жировым компонентом и эмульгатором влияет на стабильность/устойчивость эмульсии. Что касается казеината, авторы настоящего изобретения обнаружили, что оптимальное массовое соотношение между жиром и казеинатом зависит от конкретного количества используемой воды. Идеальное соотношение между жиром и казеинатом составляет около 14 при 26% воды (идеально 69% жира, 5% казеината и 26% воды). Обычно массовое соотношение между жиром и казеинатом находится в интервале от около 10 до около 18 при 26% воды. Если соотношение слишком низкое, существует риск обращения эмульсии (например, если массовое соотношение около 10-12 или ниже, при 26% воды). Однако, если соотношение слишком высокое (например, 16-18 или больше), уже невозможно стабилизировать маленькие частицы жира. Другие протеины могут приводить к другим соответствующим оптимальным соотношениям.
Эмульсия в соответствии с изобретением является эмульсией типа масло в воде, то есть содержащей масляную фазу, включающую в себя один или более жировых компонентов, и водную фазу. Масляная фаза является диспергированной фазой, что означает, что один или более компонентов жира однородно распределены в гомогенной фазе (водной фазе). Размер капель жира или частиц жира обычно очень мал (то есть порядка микрона), так что получается более равномерное распределение частиц жира и, таким образом, оптимизируется стабильность/устойчивость эмульсии, чтобы избежать коалесценции или фазовой инверсии. Эти две побочные реакции крайне нежелательны. Коалесценция означает, что капли или частицы жира эмульсии на первой стадии истекают вместе и образуют более крупные капли или частицы. На второй стадии масляная фаза может отделяться от эмульсии, приводя к полностью разделенной двухфазной системе.
Как упоминалось выше, эмульсия масла в воде имеет относительно высокое содержание жировых компонентов. Соответственно, в одном из вариантов реализации изобретения жиров(ой, ые) компонент(ы) составля(ет, ют) от около 30 до около 75 мас.% эмульсии масла в воде. В расчете на сухое вещество, жиров(ой, ые) компонент(ы) составля(ет, ют) до около 95 мас.% от содержания сухого вещества эмульсии, а именно, например, по меньшей мере, около 50 мас.%, по меньшей мере, около 60 мас.%, по меньшей мере, около 70 мас.%, по меньшей мере, около 80 мас.%, по меньшей мере, около 90 мас.%.
Эмульсия масла в воде в соответствии с изобретением пригодна для использования при получении твердых продуктов для использования в продуктах питания. Вследствие этого важно, чтобы жировой компонент был пригоден для использования в продуктах питания. В одном из вариантов реализации изобретения жировой компонент выбирают из группы, состоящей из растительных или животных жиров, включающей масло абрикосовых косточек, абрикосовое масло, миндальное масло, масло авокадо, касторовое масло, кокосовый жир, кокосовое масло, масло какао, кукурузное масло, хлопковое масло, масло виноградных косточек, масло жожоба, льняное масло, маисовое масло, оливковое масло, пальмоядровое масло, пальмовое масло, пальмовый олеин, арахисовое масло, петрушечное масло, маковое масло, рапсовое масло, кунжутное масло, соевое масло, подсолнечное масло, репейное масло, масло грецкого ореха, масло зародышей пшеницы, говяжий талловый жир, рыбий жир, лярд, молочный жир, талловое масло, китовый жир и подобные; синтетические жиры и масла; полусинтетические жиры и масла; гидрогенизированные жиры и масла, включая гидрогенизированное пальмовое масло, масло канолы и подобные; гидрированные и негидрированные жиры и масла, включая гидрированное касторовое масло, гидрированное пальмоядровое масло и подобные; и их смеси.
Как видно здесь из примеров, подходящим жировым компонентом является смесь рапсового масла, кукурузного масла, кокосового масла и пальмового олеина. Необходимые жировые компоненты выбираются, соответственно, из рапсового масла, кукурузного масла, кокосового масла и пальмового олеина, и их смеси.
Другой жировой компонент, пригодный для использования в эмульсии в соответствии с настоящим изобретением, включает одну или более длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты (LC PUFA) и/или молочный жир.
Эмульсия масла в воде в соответствии с настоящим изобретением может содержать одну или более добавок, приемлемых для использования в продуктах питания. Добавка может включаться в масляную фазу и/или в водную фазу (обычно в зависимости от растворимости добавки в отдельных фазах). Подходящие добавки для масляной фазы включают, например, эмульгаторы, стабилизаторы, улучшители текстуры, загустители, пенообразователи, ингибиторы ценообразования, антиоксиданты, витамины, вкусоароматические добавки и т.д., а подходящие добавки для водной фазы включают, например, регуляторы кислотности, буферы, стабилизаторы, хелатообразователи, солюбилизаторы, сахара, подсластители, белки, регуляторы вкуса, вкусоароматические добавки, витамины, нутриенты, включая соли и минералы и т.д., красители и т.д.
Твердый продукт
В другом аспекте изобретение относится к твердому продукту для использования в продуктах питания. Твердый продукт составляется из эмульсии масла в воде, как определено выше, экструдированной вместе с твердым матриксом и расширенной в объеме в вакууме, эмульсия масла в воде, включающая
i) масляную фазу, включающую один или более жировых компонентов, и
ii) водную фазу,
и твердый продукт, самодиспергирующийся при его добавлении к водной среде.
Эмульсия масла в воде наделяет твердый продукт забеливающей способностью. Полученная забеливающая способность является приемлемой, т.е. идентичной или лучше по сравнению с забеливающей способностью, полученной при распылительной сушке смеси сопоставимого состава. Забеливающая способность может быть измерена различными приборами, и полученные значения (например, значения L и h°) сильно зависят от определенного используемого метода. Однако авторы настоящего изобретения установили, что если, например, сравнивают в равных условиях продукт распылительной сушки и экструдированный продукт аналогичного состава, твердый продукт, полученный процессом экструзии/расширения в объеме, имеет сравнимую забеливающую способность относительно продукта распылительной сушки.
Забеливающая способность зависит в основном от содержания жира, размера частиц и концентрации частиц в растворе.
Следовательно, средний размер частиц D(0,5) жира, содержащегося в твердом продукте, составляет от около 0,3 мкм до около 10 мкм, а именно, от около 0,5 мкм до около 7,5 мкм, от около 0,6 мкм до около 5 мкм или от около 0,6 мкм до около 4 мкм.
Что касается содержания жира в твердом продукте, жировые компоненты составляют от около 5 до около 50 мас.%, а именно, от около 10 до около 45 мас.%, от около 20 мас.% до около 40 мас.%, или от около 25 до около 35 мас.% продукта.
Содержание воды в твердом продукте составляет самое большее около 7,5 мас.%, а именно, например, самое большее около 5 мас.%, самое большее около 3 мас.%, самое большее около 2% или самое большее около 1,6 мас.%. Твердый продукт может подвергаться процессу сушки для достижения желаемого максимального содержания воды.
Как упоминалось ранее, важным компонентом в связи с процессом экструзии является добавление твердого матрикса к эмульсии масла в воде. Подходящий твердый матрикс содержит, например, углеводы, такие как один или более моносахаридов, включая глюкозу, фруктозу, галактозу, дисахариды, включая лактозу, сахарозу, мальтозу, полисахариды, включая мальтодекстрины, рафтилин, рафтилозу, галактоолигосахаридные сложные эфиры моносахаридов, сложные эфиры дисахаридов, сложные эфиры полисахаридов и крахмалы; и, например, белки, такие как молочные белки, то есть казеинаты, белки сыворотки, изоляты белков сыворотки, концентраты белков сыворотки, сухая молочная сыворотка, концентраты молочного белка, цельное сухое молоко, обезжиренное сухое молоко и их гидролизаты; соевые белки, соевые изоляты и т.д., гидролизаты соевых белков или их смеси.
В отдельном варианте изобретения твердый матрикс содержит мальтодекстрин, а именно мальтодекстрин DE 6 до 48, включая мальтодекстрин DE 21 и мальтодекстрин DE 29, и их смеси.
В другом варианте изобретения твердый матрикс содержит кофе, чай, какао, солод, растительные экстракты, пряные травы, ароматы, вкусоароматические вещества, сахара или подсластители, и их смеси.
Для осуществления экструзии эмульсии, использующейся для приготовления твердого продукта по данному изобретению, важно, чтобы экструзия проводилась при температуре, по меньшей мере, равной или превышающей температуру плавления смеси, содержащей эмульсию масла в воде и твердый матрикс. Как здесь показано в примерах, слишком низкая температура приводит к нестабильности эмульсии в ходе экструзии, что, в свою очередь, приводит к получению твердого продукта с недостаточной забеливающей способностью, обезжириванию, пониженной растворимости, флокуляции и другим нежелательным эффектам, как, например, полному разделению фаз.
Кроме вышеупомянутой проблемы температуры плавления, подходящим составом смеси эмульсии масла в воде и твердого матрикса является состав, в котором массовое соотношение между эмульсией масла в воде и твердым матриксом зависит от желаемого типа продукта. Обычно массовое соотношение между эмульсией масла в воде и твердым матриксом составляет от около 1:0,5 до около 1:5, а именно, например, от около 1:0,75 до около 1:4, от около 1:1 до около 1:3, от около 1:1 до около 1:2, от около 1:1 до около 1:1,5, или от около 1:1, около 1:1,25 или около 1:1,5.
Полученный твердый продукт может формоваться в формы, такие как, например, гранулы, зерна, шарики, ядрышки или предопределенные формы, например, такие как сердце, звезда, многоугольник и т.д. или он может быть размолот в тонко измельченный порошок.
В отличие от, например, продуктов, высушенных распылительной сушкой, в твердом продукте в соответствии с изобретением внутри продукта удерживается воздух, и захваченный (поглощенный) воздух имеет некруглую форму такую, как это можно наблюдать с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии. Это можно сравнить с застывшей пеной с некруглыми пузырьками воздуха. Как видно здесь в примерах, продукт, высушенный распылительной сушкой, совсем не содержит в себе, или очень мало, таких ловушек.
Твердый продукт в соответствии с изобретением может самопроизвольно образовывать пену при контакте с водной средой. Обычно такой слой пены образуется при контакте 4,2 г продукта с 100 мл воды или 1% раствора кофе при 80°С. Образующийся слой пены составляет от около 0,2 до около 3,5 см, а именно от около 0,5 см до около 2,5 см, если исследование проводится в 150 мл лабораторном стакане.
Настоящее изобретение относится также к способу получения твердого продукта для использования в продуктах питания путем
i) экструдирования смеси эмульсии масла в воде, содержащей масляную фазу и водную фазу, и масляную фазу, состоящую из одного или более жировых компонентов, вместе с твердым матриксом при температуре, по меньшей мере, равной температуре плавления смеси для получения экструдированного материала, или превышающей ее;
ii) расширение в объеме экструдированного материала в вакууме; и
iii) возможно, удаление остаточной влаги сушкой
для получения твердого продукта.
Твердый продукт в соответствии с изобретением может иметь много различных применений. Особенно полезно применение в пищевой области, например, в качестве добавки к напиткам или в питьевом продукте. Примерами питьевых продуктов являются, например, быстрорастворимые питьевые продукты, такие как, например, кофе, чай, кофе латте, капуччино, какао напиток и т.д. Твердый продукт в соответствии с изобретением может также использоваться в качестве сливок молочного или немолочного происхождения, или в качестве питательных смесей.
Далее, осуществление способа по данному изобретению требует меньше пространства, чем технология распылительной сушки, обычно использующаяся для производства таких продуктов, и способ является более быстрым, чем обычные способы, что делает данный способ в целом значительно более экономичным.
Полученный твердый продукт может далее перерабатываться для получения пищевого или диетического продукта, добавки к напиткам и питьевого продукта.
В вышеупомянутом способе стадия расширения в объеме экструдированного материала в вакууме обычно проводится при давлении между 0,01 и 250 мбар, предпочтительно между 1 и 50 мбар. Особенно предпочтителен интервал между 10 и 25 мбар.
В ходе стадий процесса i) и/или ii) обычно удаляется, по меньшей мере, около 50 мас.% воды, содержащейся в эмульсии масла в воде. Однако в некоторых ситуациях для удаления воды добавляется стадия iii), и остаточная влага в твердом продукте после этого обычно составляет самое большее 7,5 мас.%, а именно, например, самое большее около 5 мас.%, самое большее около 3 мас.%, самое большее около 2 мас.%, или самое большее около 1,6 мас.%.
Здесь используются следующие термины и определения.
Термин «стабильная/устойчивая» при использовании в связи с эмульсией типа масло/вода согласно данному изобретению означает, что эмульсия является стабильной/устойчивой в отношении коалесценции и/или стабильной/устойчивой в отношении инверсии, оба явления определяются визуально.
Термин «смесь 2 в 1» в соответствии с использованием в настоящем изобретении подразумевает обозначение твердого продукта, содержащего два различных компонента, таких как сахар, подсластитель или сливки немолочного происхождения, сливки молочного происхождения или улучшитель текстуры. В смеси 2 в 1 компоненты смешиваются в подходящем количестве и экструдируются в один продукт. Не ограничивающими примерами использований смесей 2 в 1 являются быстрорастворимые питьевые продукты, такие как кофе, чай и т.д.
Термин «смесь 3 в 1» в соответствии с использованием в настоящем изобретении подразумевает обозначение твердого продукта, содержащего три различных компонента, таких как напиток, например, кофе, какао или другой растительный экстракт, плюс две других добавки, например, сахар, подсластитель, сливки немолочного происхождения, сливки молочного происхождения или улучшитель текстуры. В смеси 3 в 1 компоненты смешиваются в подходящем количестве и экструдируются в один продукт. Не ограничивающими примерами использований смесей 3 в 1 являются быстрорастворимые питьевые продукты, такие как кофе латте, капуччино и т.д.
Термин «твердый матрикс» в соответствии с использованием в настоящем изобретении подразумевает обозначение смеси твердых компонентов без добавленных жидкостей, не ограничивающими примерами таких твердых компонентов являются моносахариды, включая глюкозу, фруктозу, галактозу; дисахариды, включая лактозу, сахарозу, мальтозу; полисахариды, включая мальтодекстрины, DE от 6 до 48, рафтилин, рафтилозу; галактоолигосахаридные сложные эфиры моносахаридов, сложные эфиры полисахаридов, крахмалы, подсластители, белки, включая молочные белки, соевые белки, растительные экстракты, включая кофе, чай, какао, солод, пряные травы; вкусоароматические вещества или их смеси.
Термин «самодиспергируется» в соответствии с использованием в настоящем изобретении подразумевает обозначение самопроизвольной, т.е. без необходимости перемешивания, дисперсии и, таким образом, смешивание с водной средой.
Термин «забеливающая способность» в соответствии с использованием в настоящем изобретении подразумевает обозначение явления придания продукту белизны или опалесценции.
Далее изобретение иллюстрируется следующими неограничивающими примерами.
Примеры
Сокращения
NDC - сливки немолочного происхождения
LC PUPA - длинноцепочечная полиненасыщенная жирная кислота
Следующие примеры иллюстрируют твердые продукты для использования в продуктах питания в соответствии с настоящим изобретением. В примерах для настоящего исследования использовался двушнековый экструдер Clextral, модель ВС45Н, с синхронизированными взаимносцепленными шнеками, но любая другая моно- или мультишнековая, моно- или мультистадийная экструзионная система (например, одношнековый, двухшнековый, мультишнековый, дисковый экструдер, экструдер с планетарными шнеками) с подходящей конфигурацией шнека и рабочими характеристиками могут также быть пригодными.
Условия экструдирования
Нижеперечисленные условия процесса представляют исследования, в которых достигнуты хорошие свойства продукта, как упоминалось выше.
Схема процесса, конфигурация шнека и матрицы
Экструдер Clextral:
модель ВС45Н
Рабочая длина:
800 мм (L=14,4*D), 4 секции
Экструзионная матрица:
32 отверстий диаметром 1,5 мм
Конфигурация шнека:
Длина
мм
100
100
150
100
50
100
200
Шаг
мм
66
50
33
66
BLO+
66
50
Число витков
2
2
2
2
2
2
2
Схему организации процесса см. на фиг. 1
Пример 1 - Твердый продукт, пригодный в качестве сливок немолочного происхождения
Рецептура эмульсии:
Жировая фаза:
Водная фаза:
340 g
Пальмоядровое масло 45-46
120 g
Вода
5,0 g
Панодан 165 (эмульгатор)
6,5 g
K<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>
6,5 g
Na<sub>3</sub>Цитрат
6,5 g
Натрия гексаметафосфат
100 г
Мальтодекстврин DE-40
12,5 g
Концентрат молочного белка
Приготовление жировой фазы: Пальмоядровое масло 45 плавят и смешивают с Панодан 165 при 65°С.
Приготовление водной фазы: Воду нагревают до 65°С, буферные соли и мальтодекстрин растворяют и перемешивают в течение 10 мин. К этому слегка желтому составу добавляют концентрат молочного белка и перемешивают еще в течение 10 мин при 65°С.
Приготовление эмульсии: Жировую фазу добавляют к водной фазе при интенсивном перемешивании до тех пор, пока весь жир не перейдет в состав. Вязкость увеличивается. Предварительную эмульсию перемешивают еще 5 мин перед последней стадией гомогенизации. Конечного распределения частиц по размеру достигают путем прокачивания эмульсии через Supratron (принцип ротор-статор). Получают очень вязкую эмульсию и хранят ее при 65°С готовой для использования в экструзии. Содержание сухого материала составляет около 80%, а содержание жира около 75% (на сухое вещество, DM).
A) Экструзия сливок
Путем смешивания в экструдере, например, 35 кг эмульсии (~80% DM) и 35 кг мальтодекстрина DE 29 в качестве твердого матрикса, расширения в объеме в вакууме и фиксации структуры путем удаления ~5% воды до 95% DM, получают сливки в форме гранул. Сливки имеют состав, идентичный коммерческому продукту (продукту, присутствующему на рынке). Гранулы легко растворяются, образуют пену, имеют забеливающую способность, идентичную упомянутому рыночному продукту. Средний размер частиц жира D(0,5)=1,02 мкм.
B) Экструзия сливок без пены по рецептуре:
В экструдере смешивают 40 кг/ч эмульсии вместе с 31 кг/ч твердого матрикса состава: 98,8% мальтодекстрина DE 40, 0,90% Ryoto сложного эфира сахара S-1570 и 0,90% Ryoto сложного эфира сахара S-370 и одновременно нагревают в экструзионной матрице до 104°С. Расширение в объеме в вакууме при 40 мбар обеспечивает формованные улучшенные сливки с содержанием влаги 4,5%. Остаточная влага удаляется после сушки при 50°С до 3%. Средний размер частиц жира D(0,5)=l,11 мкм. Дальнейшие детали процесса см. в таблице 2.
C) Экструзия смеси 2 в 1 (сливки и сахар):
В экструдере смешивают 40 кг/ч эмульсии вместе с 48 кг/ч твердого матрикса состава: 65,9% мальтодекстрина DE 29, 0,80% Ryoto сложного эфира сахара Р-1670 и 33,3% сахара и одновременно нагревают в экструзионной матрице до 84°С. Расширение в объеме в вакууме при 40 мбар обеспечивает формованный продукт 2 в 1 с содержанием влаги 2,8%. Средний размер частиц жира D(0,5)=0,693 мкм. Дальнейшие детали процесса см. в таблице 2.
D) Экструзия смеси 3 в 1 (сливки, сахар и кофе):
В экструдере смешивают 22 кг/ч эмульсии вместе с 70 кг/ч твердого матрикса состава: 21,0% мальтодекстрина DE 29, 1,2% Ryoto сложного эфира сахара Р-1670, 64,8% сахара и 13,0% порошка кофе и одновременно нагревают в экструзионной матрице до 107°С. Расширение в объеме в вакууме при 23 мбар обеспечивает формованный продукт 3 в 1 с содержанием влаги 2,1%. Дальнейшие детали процесса см. в таблице 2.
Средний размер частиц жира D(0,5)=0,832 мкм. Критерием распространения жировых пятен является несвязанный жир (LI, экстрагируемый на холоде жир). Для экструдированной смеси 3 в 1 он составляет около 7,8%.
Example 2 - Твердый продукт, пригодный в качестве сливок немолочного происхождения
Рецептура эмульсии:
Жировая фаза:
Водная фаза:
420 г
Пальмоядровое масло 45-46
160 г
Вода
2 г
Панодан
6,5 г
Nа<sub>3</sub>Цитрат
3 г
Димодан
6,5 г
Натрия гексаметафосфат
30,8 г
Натрия казеинат
Приготовление жировой фазы: Пальмоядровое масло 45-46 плавят и перемешивают вместе с Панодан 165 и Димодан при 65°С. Затем к жировой фазе добавляют натрия казеинат, предпочтительно просеянный через сито 1 мм, поддерживая при этом процесс перемешивания. Образуется желтая жидкость.
Приготовление водной фазы: Воду нагревают до 65°С, буферные соли растворяют и перемешивают в течение 10 мин.
Приготовление эмульсии: Жировую фазу добавляют к водной фазе при медленном перемешивании до тех пор, пока весь жир/казеинат не переидет в состав. Вязкость увеличивается. Предварительную эмульсию перемешивают еще 5 мин перед последней стадией гомогенизации. Конечную эмульсию получают путем предварительного нагрева до 95°С и мультистадийной гомогенизации при 85°С и общем давлении 300 бар. Получают очень вязкую эмульсию и подают ее насосом непосредственно в экструдер.
Экструзия рецептуры сливок: В экструдере смешивают 37 кг/ч эмульсии вместе с 49 кг/ч твердого матрикса состава: 97,1% мальто декстрина DE 29, 0,90% Ryoto сложного эфира сахара Р-1670, и 2,0% калия фосфата двухосновного, и одновременно нагревают в экструзионной матрице до 110°С. Расширение в объеме в вакууме 10 мбар обеспечивает формованные сливки 3 в 1 с содержанием влаги 5,5%. Остаточную влагу удаляют сушкой при 50°С до 3%. Средний размер частиц жира D(0,5)=1,29 мкм. Дальнейшие детали процесса смотри в таблице 2.
Пример 3 - Твердый продукт, пригодный в качестве сливок молочного происхождения
Рецептура эмульсии:
Жировая фаза:
Водная фаза:
420 г
Пальмоядровое масло 45-46
160 г
Вода
2 г
Панодан
6,5 г
Nа<sub>3</sub>Цитрат
3 г
Димодан
6,5 г
Натрия гексаметафосфат
100 г
Порошок сладкой молочной
сыворотки
Приготовление жировой фазы: Пальмоядровое масло ядер кокосового ореха плавят и перемешивают вместе с Панодан 165 и Димодан при 65°С. Получают желтую жидкость.
Приготовление водной фазы: Воду нагревают до 65°С, буферные соли и порошок сладкой молочной сыворотки растворяют и перемешивают в течение 15 мин.
Приготовление эмульсии: Жировую фазу добавляют к водной фазе при интенсивном перемешивании до тех пор, пока весь жир не перейдет в состав. Вязкость увеличивается. Предварительную эмульсию перемешивают еще 5 мин перед последней стадией гомогенизации. Конечную эмульсию получают путем предварительного нагрева до 95°С и мультистадийной гомогенизации при 85°С и общем давлении 300 бар. Получают очень вязкую эмульсию и подают ее насосом непосредственно в экструдер.
2
4
Экструзия конечного продукта: В экструдере смешивают 37 кг/ч эмульсии вместе с 40 кг/ч твердого матрикса состава: 97,1% мальтодекстрина DE 29, 0,880% Ryoto сложного эфира сахара Р-1670 и 2,0% KHPO, и одновременно нагревают в экструзионной матрице до 117°С. Расширение в объеме в вакууме при 45 мбар обеспечивает улучшенные формованные сливки с содержанием влаги 6%. Остаточную влагу удаляют сушкой при 50°С до 3%. Средний размер частиц жира D(0,5)=1,63 мкм.
Таблица 2
Параметр
Пример 1 A) NDC, стандарт
Пример 1 B) NDC, вода/мас-ло пена
Пример 1 С) 2 в 1
Пример 1 D) 3 в 1
Пример 2 NDC
Опыт №
12402,05
12402,08
12479,07
12490,16
12864,02
Эмульсия
кг/ч
35
40
40
22
37
Твердый матрикс
кг/ч
35
31
48
70
49
Температура Секции 1
°С
14
14
23
10
18
Температура Секции 2
°С
40
40
42
40
60
Температура Секции 3
°С
110
109
75
109
118
Температура Секции 4
°С
110
110
86
110
122
Температура внутри матрицы
°С
110
110
100
110
120
Скорость шнека (экструдера)
об/мин
100
100
100
100
150
Температура продукта
°С
113
104
84
107
110
Давление продукта
бар
0,4
0,2
1,0
9,2
0,5
В ходе исследования изучались крайне различающиеся рабочие режимы, при этом некоторые из них приводили к полной инверсии фазы. Особенно важен температурный профиль секций: температуры, равные или ниже точки плавления жира, всегда приводили к отделению масла; лучшее качество продуктов получалось до сих пор при температурах значительно выше 100°С.
Пример 4 - Структура пузырьков воздуха, поглощенных экструдированными твердыми продуктами в соответствии с изобретением
Сливки немолочного происхождения, приготовленные путем экструзии в соответствии с изобретением, исследовались полуинвазивной конфокальной микроскопией. Образец полировали с целью получения плоской поверхности и очищали с использованием сжатого воздуха. Поверхность окрашивали небольшой каплей раствора нильского красного в этаноле.
Сливки имели следующее содержание жира и воды:
Экст.3: вода 6,55%, жир 32,07 мас.%
Структура пузырьков воздуха в экструдированных сливках немолочного происхождения показана на фиг.2. Конфокальная микроскопия проводится при слабом увеличении.
Пример 5 - Сравнительный пример: твердый продукт, непригодный для использования в качестве сливок немолочного происхождения
Рецептура эмульсии:
Жировая фаза:
Водная фаза:
340 g
Пальмоядровое масло 45-46
120 g
Вода
5,0 g
Панодан 165
6,5 g
K<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>
6,5 g
Nа<sub>3</sub>Цитрат
6,5 g
Натрия гексаметафосфат
Приготовление жировой фазы: Пальмоядровое масло 45 расплавляют и смешивают вместе с Панодан 165 при 65°С.
Приготовление водной фазы: Воду нагревают до 65°С, растворяют буферные соли и перемешивают в течение 10 мин.
Приготовление эмульсии: Жировую фазу добавляют к воде при интенсивном перемешивании до тех пор, пока весь жир не перейдет в состав. Вязкость увеличивается. Предварительную эмульсию перемешивают еще 5 мин перед последней стадией гомогенизации. Конечного распределения частиц по размеру достигают путем прокачивания эмульсии через Supratron (принцип ротор-статор). Получают очень вязкую эмульсию и хранят ее при 65°С готовой для использования в экструзии. Содержание сухого материала составляет около 80%, а содержание жира около 75% (на сухое вещество, DM).
Экструзия рецептуры сливок: В экструдере смешивают 35 кг/ч эмульсии вместе с 35 кг/ч твердого матрикса состава: 98,8% мальтодекстрина DE 29 и 1,2% Панодан 165 и одновременно нагревают в экструзионной матрице до 77°С. Температура секций, начиная с зоны подачи, устанавливалась равной 15/40/85/85°С. Экструдированные сливки были растворимы в горячем кофе, однако при этом осаждается большое количество масла, образуя большие капли на поверхности напитка.