СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БРИКЕТА ИЗ МОЛОЧНОГО БЕЛКА
MILK PROTEIN BRIQUETTE PRODUCTION METHOD

Предшествующий уровень техники
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к производству закусочного «брикета» на молочной основе, подобного по текстуре брикету из воздушного риса. Более конкретно, данное изобретение относится к способу производства гранул на основе крахмала и белка, и полученному в результате вздутому (воздушному) продукту питания, который может быть изготовлен из них при отсутствии или малой степени потемнения.
Описание предшествующего уровня техники
Из-за напряженного темпа жизни закусочные продукты остаются популярным средством утоления голода между приемами пищи или в дороге. Многие удачные закусочные продуты питания были изготовлены в форме удобных и быстрых брикетов из воздушной кукурузы и риса. Эти продукты соответствуют запросам потребителей и обеспечивают хороший источник углеводов и других питательных веществ, но дополнительное обогащение таких закусочных продуктов белком оказалось трудным.
Универсальность риса при формировании хрустящих, легких и удобных воздушных закусочных продуктов давно известна и прославлена. Хотя способы производства воздушных продуктов питания из кукурузных и рисовых гранул хорошо известны в данной области техники, способы производства устойчивых при хранении гранул на белковой основе, благоприятствующих образованию воздушного продукта без избыточного потемнения, не известны из предшествующего уровня техники. Обычные зерновые продукты в виде брикетов получают главным образом из зерен риса и злаков, поскольку рис способен относительно легко увеличиваться в объеме с образованием свободностоящего брикета. Поскольку имеется проблема потемнения при использовании, например, лактозы, в предшествующем уровне техники не описано успешного включения белка на молочной основе в воздушный продукт питания.
Преимущества создания такого продукта на белковой основе являются многочисленными. В сегодняшнем все более заботящемся о здоровье, но быстро меняющемся мире, потребители постоянно ищут новые и различные способы получения продуктов на белковой и молочной основе. Хотя возрастающий интерес к белку был вызван диетами с высоким содержанием белка, предназначенными для стимуляции снижения веса, нет никаких сомнений, что организму требуются все виды различных белков для обеспечения наилучшей функции. Вяленая говядина и тунец являются удобными источниками белка, но они не обеспечивают хрустящей текстуры традиционного брикета из воздушного риса. Заменители пищи и белковые батончики не обеспечивают преимущества низкого содержания калорий. Кроме того, другие источники, такие как белковые коктейли и рыба, не обладают удобством и простотой хранения воздушного брикета. Данное изобретение предназначено для решения этой проблемы.
Производство воздушного экструдированного продукта из предшествующего уровня техники обычно включает применение нагревания и давления для промежуточных гранул. В целом способы, известные в данной области техники, основаны главным образом на содержании влаги в зернах для производства воздушных продуктов. Гранулы обеспечивают отличные текстурные свойства, позволяют получать воздушный продукт высокого качества и обеспечивают хранение в течение длительного периода перед производством воздушного продукта питания. Кроме того, применение промежуточных гранул обеспечивает более точный контроль содержания влаги. Содержание влаги можно изменять посредством многих процессов, таких как высушивание, варка, темперирование и бланширование.
Как хорошо известно, реакции потемнения являются очень сложными, и масса различных продуктов может формироваться из Сахаров, в зависимости от применяемых условий. Высокая температура, высокая относительная влажность и щелочные условия способствуют потемнению под действием восстанавливающих Сахаров, находящихся в молоке и молочных продуктах, таких как лактоза. Попытки использовать молоко и молочные продукты в воздушных продуктах питания приводят к образованию молекул, способствующих плохому запаху и вкусу из-за реакций потемнения. Кроме того, реакции потемнения восстанавливающих Сахаров ведут к снижению качества белка, приводя к применению главным образом Сахаров, полученных из кукурузы, а не белков. Успешное внедрение молочного белка в прошлом оказалось безуспешным при формировании гранул пищевого крахмала, предназначенного для взрывания с образованием воздушного продукта питания, обеспечивающего эффективные дозы белка и/или кальция.
Современной тенденцией питания является возрастающая популярность диеты с высоким содержанием белка, а также с низким содержанием жира. Несмотря на улучшения, достигнутые в области изготовления закусочных воздушных брикетов из пищевых крахмалов, недостаточное внимание уделяется включению молочных белков в закусочные брикеты из-за проблемы, вызванной восстанавливающими сахарами. Таким образом, существует потребность в способе производства гранул на основе молочного белка. Кроме того, существует потребность в таких белковых гранулах, пригодных для производства вздутого (воздушного) закусочного продукта из молочного белка с легкой и хрустящей текстурой. В идеале такой способ должен быть экономичным и применять оборудование, обычное в пищевой промышленности. Данное изобретение решает эту проблему и обеспечивает преимущества повышения пользы для здоровья.
Изложение сущности изобретения
Данное изобретение обеспечивает устойчивые при хранении гранулы, изготовленные из крахмала и производных молочного белка, используемые при производстве вздутого (воздушного) закусочного брикета на молочной основе, с высоким содержанием белка. Для снижения потемнения в результате реакций Мейлларда между крахмалом и молочными белками, изобретение включает разработку рецептуры для сухой смеси на основе крахмала/белка, в предпочтительном воплощении со схожим профилем гидратации. Кроме того, благодаря применению специфических производных молочного белка, с размером частиц, подобным размеру по меньшей мере одного из крахмалов, обеспечивается по меньшей мере одно из гидратации крахмала и образования геля. В одном воплощении в настоящем изобретении применяется кальция казеинат в качестве производного молочного белка. В другом воплощении, в настоящем изобретении применяется изолят сывороточного белка. В третьем воплощении в качестве производного молочного белка применяется изолят молочного белка.
Способ, в предпочтительном воплощении, включает двухэтапный процесс экструзии, в котором сухую смесь ингредиентов подвергают предварительному кондиционированию. Полученный экструдат затем нарезают и высушивают в серии сушилок. Условия обработки также обеспечивают готовый продукт с отсутствием или малой степенью потемнения. Конечным результатом являются гранулы с уровнем влаги примерно 9-13 масс.%. Затем гранулы увеличивают в объеме в аппарате для изготовления воздушного риса и пакуют для последующей продажи и потребления.
Изобретение обеспечивает экономичный способ изготовления вздутого (воздушного) продукта питания из крахмала на основе молочного белка из производных молочного белка. В предпочтительных воплощениях применяется крахмал из тапиоки и картофеля, смешанный с изолятом сывороточного белка, изолятом молочного белка или кальция казеинатом. Кроме того, способ обеспечивает производство гранул на основе молочного белка, пригодных для применения в качестве промежуточного продукта при изготовлении воздушного закусочного продукта на основе белка, имеющего легкую и хрустящую текстуру, а также являющегося хорошим источником белка и кальция с малой степенью или отсутствием потемнения, связанного с посторонними привкусами.
Краткое описание чертежей
Новые черты, считающиеся характеристиками изобретения, установлены в формуле изобретения. Однако само изобретение, также как и предпочтительный способ его применения, дополнительные задачи и преимущества, лучше понятны со ссылкой на следующее подробное описание примерных воплощений, при чтении с сопроводительными чертежами, на которых:
Фигура 1 является поточной диаграммой общего процесса из одного воплощения изобретения.
Подробное изложение сущности изобретения
Молочные белки экстрагируют из молока с помощью различных способов. В некоторых способах применяется древесный уголь, в других применяются физические средства, такие как сортировочные сита. Каждый процесс экстракции сохраняет определенные питательные качества, и придает другие отличающиеся качества и свойства ингредиентам молочного белка. Молочный белок может быть охарактеризован как казенны, сывороточные белки и белки, связанные с липидной фазой. Фракция казеина содержит примерно 80% от общего содержания белка в молоке. Казенны являются семейством родственных фосфопротеинов, осаждаемых из сырого снятого молока при pH 4,6 и 20°C в виде мицелл казеина со связанным кальцием. Растворимый казеинат может быть получен при увеличении pH до 6,7. Сывороточный протеин, содержащий 20% от общего содержания белка в молоке, является одним из немногих белков, растворимых при низких значениях pH, при которых белки из других источников коагулируют и осаждаются.
Воплощение новаторского изобретения далее описывается со ссылкой на фигуру 1. Сухие ингредиенты, включающие крахмал тапиоки, картофельный крахмал, и производное молочного белка, смешивают вместе на этапе серийного приготовления смеси 102, характеризующемся как смешивание сухих ингредиентов с низким сдвиговым усилием. Считается, что молочные белки хорошо действуют при увеличении объема крахмала из тапиоки и картофеля, в частности благодаря способности к перекрестной сшивке при содержании амилозы в крахмалах 17% и 21%, соответственно. Когда степень перекрестной сшивки увеличивается, степень расширения снижается. Также выгодно применять соединения со схожими профилями гидратации, поскольку белок и крахмал становятся полностью желированными. Как применяется здесь, термин «профиль гидратации» относится к способности молекул связывать воду, а именно, к аффинности и скорости абсорбции воды. Чем ближе скорости гидратации, тем более успешен процесс желирования и тем меньше вероятность потемнения в результате реакций Мейлларда. Применение частиц схожего размера также обеспечивает образование геля и снижает потемнение. Размеры частиц по меньшей мере для одного используемого крахмала, в случае картофельного крахмала обычно находятся в диапазоне от 8 до 100 микрон; при этом размер частиц производных молочного белка обычно находится в диапазоне от 10 до 200 микрон.
Многие ингредиенты оказывают влияние на свойства нагретой дисперсии крахмал-вода. Среди ингредиентов, влияющих на вязкость итоговой пасты и прочность геля, находится сахар, особенно лактоза из производных молока. Сахар по существу конкурирует с крахмалом за воду, и это может приводить к комкованию и замедлять гидратацию крахмала. В комках внешние слои поглощают воду и становятся более вязкими, препятствуя достижению внутренней части молекулами воды, где гранулам требуется больше воды для дальнейшего желирования. Способности к связыванию воды и взаимодействия между полимерами являются важными для образования геля. Различные сахара оказывают различное влияние на процесс желирования. В настоящем изобретении крахмалы объединяют с молочными белками, которые обработаны для снижения высоких количеств сахара и соответственно имеют схожие профили гидратации.
В одном предпочтительном воплощении применяемым производным молочного белка является кальция казеинат. Это молочное производное синтезировано из сухого снятого молока и содержит 92% белка. Белок кальция казеината разрушается с более низкой скоростью, чем сывороточный белок, таким образом, обеспечивая организм постоянным потоком аминокислот при замедлении высвобождения белка. Это также устраняет условия катаболизма. Кальция казеинаты проявляют минимальную абсорбцию воды, являются питательными и обеспечивают отличный источник кальция. Эти свойства делают кальция казеинаты идеальными для применения в детских смесях, питательных порошках, рецептурах кальция, и питательных батончиках. Подходящий коммерчески доступный кальция казеинат для применения в тесте, например, поставляется Mainstreet Ingredients.
В другом предпочтительном воплощении производным молочного белка является изолят сывороточного белка. Сыворотка является серозной жидкостью или водной частью молока, содержащей сахар, минералы и лактальбумин, который отделяется от более толстых или более коагулируемых сгустков при производстве сыра. Сывороточный белок является чистым, природным белком высокого качества, богатым незаменимыми аминокислотами. Изолят сывороточного белка является самой чистой и концентрированной формой сывороточного белка. Концентрат сывороточного белка содержит примерно от 29% до 89% белка и 8% сахара, в зависимости от продукта. Изолят лучше профильтрован, чем концентрат, и изготовлен из свежей сладкой сыворотки с большим процентным выходом белка, за исключением жира, углеводов, золы и влаги. Он содержит 90% или больше белка, в зависимости от процесса фильтрации, и не содержит или содержит мало жира, лактозы и холестерина. Подходящие коммерчески доступные изоляты сывороточного белка для применения в тесте включают, например, изолят сывороточного белка Davisco BiPro™ от Davisco.
В другом предпочтительном воплощении производным молочного белка является изолят молочного белка. Изоляты молочного белка, содержащие примерно 90% белка, 1% жира и 0,2% лактозы, готовят с помощью методик ультрафильтрации и ионного обмена. Эти высокорастворимые белковые смеси применяются в хлебобулочных продуктах, жидких питательных добавках и многих других типах продуктов питания. Низкое содержание золы (минералов) в них является важным для сведения к минимуму посторонних привкусов. Изолят молочного белка является смесью всех протеинов, находящихся в молоке (сыворотки и казеина). Он имеет здоровый аминокислотный профиль, полученный из сывороточных и казеиновых компонентов, и вероятно, сохраняет многие функциональные свойства этих двух компонентов. Подходящие коммерчески доступные изоляты молочного белка для применения в тесте включают, например, Ultranor™ от Kerry. В таблице 1 внизу показан состав изолята молочного белка, применяемого в данном изобретении. Как и для любого органического материала, возможны некоторые вариации химического состава, и приведенная информация является приблизительной.
Таблица 1.
Типичный химический состав изолята молочного белка.
Жир, %
1,5
Белок, %
Мин. 86
Влажность, %
4
Зола, %
6
Углеводы, %
<1
Из которых лактозы, %
<1
Следующие примеры приведены для иллюстрации состава теста из данного изобретения и не предназначены для ограничения его объема каким-либо образом. Эти примеры перечисляют сухие ингредиенты в массовых процентах на этапе предварительного смешивания 102 для приготовления теста, подвергаемого увеличению объема. Как видно в этих примерах, тесто содержит примерно от 21,8 масс.% до 29 масс.% крахмала из тапиоки, от 25 масс.% до 37 масс.% картофельного крахмала, и от 35 масс.% до 45,25 масс.% молочного белка. В примерах 4-8 применяется эмульгатор. Эмульгаторы при смешивании с водой выстраиваются на границе с водой и снижают поверхностное натяжение в зоне контакта. Соответственно, моно- или диглицериды также применяют в небольших количествах для образования необходимых композиций для теста. Соли также применяют в небольших количествах, чтобы улучшить в целом способность готового продукта к увеличению объема. В целом соль повышает декстринизацию крахмала во время экструзии воздушного продукта.
Пример 1
Композиция из данного изобретения содержит следующие индивидуальные компоненты в указанных количествах.
Таблица 2
Ингредиент
Количество (в масс.%)
Изолят сывороточного белка BiPro
35,00
Соль, злаки
0,75
Картофельный крахмал
37,00
Крахмал из тапиоки
27,25
Пример 2
Композиция из данного изобретения содержит следующие индивидуальные компоненты в приблизительных указанных количествах.
Таблица 3
Ингредиент
Количество (в масс.%)
Кальция казеинат
35,00
Соль, злаки
0,75
Картофельный крахмал
37,00
Крахмал из тапиоки
27,25
Пример 3
Композиция из данного изобретения содержит следующие индивидуальные компоненты в указанных количествах.
Таблица 4
Ингредиент
Количество (в масс.%)
Изолят сывороточного белка BiPro
45,2500
Соль, злаки
0,7500
Картофельный крахмал
25,0000
Крахмал из тапиоки
29,0000
Пример 4
Композиция из данного изобретения содержит следующие индивидуальные компоненты в указанных количествах.
Таблица 5
Ингредиент
Количество (в масс.%)
Изолят сывороточного белка BiPro
35,00
Соль, злаки
0,60
Картофельный крахмал
36,60
Крахмал из тапиоки
26,80
Эмульгатор
1,00
Пример 5
Композиция из данного изобретения содержит следующие индивидуальные компоненты в указанных количествах.
Таблица 6
Ингредиент
Количество (в масс.%)
Изолят сывороточного белка BiPro
45,00
Соль, злаки
0,60
Картофельный крахмал
31,60
Крахмал из тапиоки
21,80
Эмульгатор
1,00
Пример 6
Композиция из данного изобретения содержит следующие индивидуальные компоненты в указанных количествах.
Таблица 7
Ингредиент
Количество (в масс.%)
Изолят молочного белка Ultanor 9060
35,00
Соль, злаки
0,60
Картофельный крахмал
36,60
Крахмал из тапиоки
26,80
Эмульгатор
1,00
Пример 7
Композиция из данного изобретения содержит следующие индивидуальные компоненты в указанных количествах.
Таблица 8
Ингредиент
Количество (в масс.%)
Изолят молочного белка Ultanor 9060
45,00
Соль, злаки
0,60
Картофельный крахмал
31,60
Крахмал из тапиоки
21,80
Эмульгатор
1,00
Пример 8
Композиция из данного изобретения содержит следующие индивидуальные компоненты в указанных количествах.
Таблица 9
Ингредиент
Количество (в масс.%)
Кальция казеинат
35,00
Соль, злаки
0,75
Картофельный крахмал
34,00
Крахмал из тапиоки
24,25
Волокна Nutriose FM
5,00
Эмульгатор (Dimodan)
1,00
Продолжая разъяснение предпочтительного воплощения, на этапе предварительного кондиционирования 104 к смеси сухих ингредиентов с этапа предварительного смешивания 102 добавляют пар и воду. Типичная скорость добавления пара составляет примерно 60 фунтов в час для потока предварительной смеси примерно 200 фунтов в час. Воду добавляют в устройство для предварительного кондиционирования так, чтобы сумма добавленного пара и воды обеспечивала уровень влаги в предварительно кондиционированной смеси примерно от 25 масс.% до 37 масс.%, и более предпочтительно примерно от 28 масс.% до 34 масс.% влаги. Обычно продолжительность выдержки составляет примерно от 15 до 200 секунд, и более предпочтительно от 30 до 180 секунд, в таком устройстве для предварительного кондиционирования, как шнековое устройство для непрерывной гидратации и смешивания. Тесто, формируемое на этапе предварительного кондиционирования 104, покидает устройство для предварительного кондиционирования при температуре примерно от 90°F до 150°F, и более предпочтительно, примерно 100°F до 140°F.
Основной целью предварительного кондиционирования является гидратация и частичное желирование смеси. По определению, желирование является феноменом, наблюдающимся в присутствии влаги и нагревания. Для гранул из крахмала и белка необходима энергия в форме нагревания для открытия молекулярной структуры и инициации гидратации. Пар обеспечивает высокую степень диффузии внутри смеси, обеспечивая легкую гидратацию, адгезию и однородное распределение.
Тесто из предварительно кондиционированной смеси затем подвергают первому этапу экструзии 106 с помощью двухшнекового экструдера примерно при 1000-1400 ф./кв. дюйм для оптимального смешивания ингредиентов. Подходящим экструдером является двухшнековая модель, состоящая из пяти цилиндрических зон, такая как ВС-45, производимая Clextral, Inc. Предварительно гидрированное тесто вначале подается в первую зону и продвигается под действием двухшнекового экструдера в непрерывный поток через цилиндрические зоны. В предпочтительном воплощении температура в цилиндрической зоне 1 составляет примерно от 75°F до 110°F. Температура в цилиндрической зоне 2 составляет примерно от 75°F до 150°F. Температура в цилиндрической зоне 3 составляет примерно от 120°F до 270°F. Температура в цилиндрической зоне 4 составляет примерно от 150°F до 300°F. Температура в цилиндрической зоне 5 составляет примерно от 150°F до 325°F. Возрастающее нагревание способствует достижению необходимого уровня «варки» механическими и термическими средствами. Скорость вращения шнека составляет от 155 до 175 об./мин. Продолжительность выдержки в первом экструдере обычно составляет примерно от 15 до 90 секунд, более предпочтительно примерно от 30 секунд до 75 секунд. Экструдат покидает первый экструдер при температуре примерно от 150°F до 220°F, более предпочтительно примерно от 170°F до 210°F, при уровне влажности примерно от 16% до 32%, более предпочтительно примерно от 18% до 30%, и наиболее предпочтительно примерно от 20% до 28%.
Для получения необходимой поперечной сшивки полимеров в результате необходимой консистенции теста, экструдат, в предпочтительном воплощении, затем подают через одношнековый экструдер без нагревания в диапазоне 650-950 ф./кв. дюйм, на втором этапе экструзии 108. Подходящим одношнековым экструдером на этом втором этапе экструзии является экструдер для продуктов питания, производимый Bonnot Company. Продуктом двухэтапной экструзии является жгут из липкого теста диаметром примерно 1-1,5 дюймов, который затем подают через пуансон. Экструдат на конце второго этапа экструзии обычно имеет температуру примерно от 100°F до 160°F, более предпочтительно примерно от 110°F до 150°F.
Когда жгут из теста проходит через экструдер и через отверстия пуансона до выхода экструдированного продукта, одно или несколько лезвий разрезают продукт на гранулы необходимой длины на этапе резки ПО. При установке на матрицу пуансона более чем одного лезвия, легче получить гранулы меньшего размера. Предпочтительный размер гранул составляет 2,5-3,5 г/100 частиц. В одном воплощении пуансон содержит примерно 50-70 отверстий и четыре высокоскоростных лезвия со скоростью резки 36,9 об./мин. Учитывая вышеописанные скорости пропускания, можно получить примерно 2,000 фунтов гранул в час. Тесто на этом этапе имеет содержание влаги примерно от 20% до 28%, и более предпочтительно примерно от 22% до 26% при выходе.
После того, как тесто нарезано на гранулы, продукты подаются на этап сушки 112 для снижения уровня влаги. В одном воплощении гранулы передаются на 3 этап процесса сушки, проводимый в трех различных сушилках при температуре в диапазоне примерно от 150°F до 185°F, и более предпочтительно примерно от 160°F до 175°F. На первом этапе гранулы переносят в вибрационную сушилку для высушивания поверхности гранул и предотвращения комкования. Спустя примерно 5-11 минут, и более предпочтительно 8 минут сушки, гранулы содержат примерно 18%-24% влаги, и более предпочтительно, примерно 20-22%. Затем гранулы переносят пневматическим способом из вибрационной сушилки во вторую сушилку, где они остаются примерно на 20-30 минут, и более предпочтительно, на 25 минут в диапазоне примерно от 150°F до 185°F, более предпочтительно примерно от 160°F до 175°F. Затем гранулы направляют в последнюю сушилку примерно на 60-90 минут, и более предпочтительно, на 1 час 15 минут. В конце процесса сушки 112, готовые гранулы содержат примерно от 7 масс.% до 15 масс.%, и более предпочтительно от 9 масс.% до 13 масс.% влаги.
Сухие гранулы из белка и крахмала можно либо хранить в кондиционированных складских условиях до 365 суток, либо немедленно обработать. Например, как только все этапы сушки завершены, гранулы можно подать на платформу для производства брикетов из воздушного риса 114. Машины для изготовления воздушных зерен с множеством камер широко распространены и известны специалистам в данной области техники. Машины для изготовления воздушных зерен содержат ряд в целом округлых камер для взрывания, где каждая камера имеет внутренние поверхности и объем камеры. Большое количество гранул помещают в камеры и вызывают их объемное расширение. Увеличение давления и температуры в камере способствует тому, что гранулы становятся аморфными, а при быстром снижении давления в камере аморфные гранулы из крахмала взрываются с образованием воздушного продукта питания. Феномен взрывания обусловлен внезапным расширением водяного пара из влаги, удерживаемой внутри крахмалистого материала гранул, и быстрой диффузией водяного пара из гранул. Подходящие машины для изготовления воздушных зерен производятся Real Foods, Ltd., Сент-Петерс, Новый Южный Уэльс, Австралия, и Ideal Snacks, Inc., Либерти, Нью-Йорк, и содержат систему объемной подачи для размещения гранул в цилиндрических камерах. Факультативно, камеры могут быть специально оборудованы для создания более эстетичных форм для потребителей, таких как полумесяцы или ломти сыра.
Содержание влаги в готовом воздушном молочном продукте составляет менее 2 масс.%. Готовый воздушный закусочный молочный брикет также содержит 15,25 масс.% - 29 масс.% крахмала из тапиоки, 17,5 масс.% - 37 масс.% картофельного крахмала, и 20 масс.% - 45,25 масс.% производных молочного белка, с 5 г белка на порцию из 28 г. На факультативном этапе добавления приправ 116 в готовый продукт могут быть добавлены пряности местным распылением, специи, масло и соль. Затем продукты могут быть упакованы 118 для последующей продажи и поставки потребителям.
В то время как изобретение описано в частности со ссылкой на предпочтительные воплощения, специалистам в данной области техники понятно, что могут быть внесены различные изменения в форме и деталях без отделения от сущности и объема изобретения. Например, некоторые из этапов процесса можно проводить с помощью периодических или непрерывных процессов. Специалисты в данной области техники могут применять другие сопоставимые ингредиенты взамен перечисленных здесь. Термины и выражения, применяемые здесь, применяются в качестве описательных терминов, а не с целью ограничения; и таким образом, они не означают исключения эквивалентов, но напротив, предназначены для охвата любых эквивалентов, которые могут применяться без отделения от сущности и объема изобретения.