СТАБИЛИЗИРОВАННАЯ МУКА ИЗ ЦЕЛЬНОГО ЗЕРНА И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
STABILISED WHOLE GRAIN FLOUR AND METHOD OF MAKING

Область техники
Настоящее изобретение относится к композициям и способам получения стабилизированной муки из цельного зерна и связанных с ней продуктов.
Уровень техники
Пищевые продукты, содержащие ингредиенты из муки из цельного зерна и с частицами большого размера, могут проявлять крупнозернистость, песчанистый внешний вид и текстуру ингредиента муки из цельного зерна. По существу, массовое производство муки из цельного зерна включает в себя перемалывание цельного зерна с получением частиц меньшего размера и подобного белой муке распределения размера частиц. Тем не менее, увеличение перемалывания, необходимого для получения частиц меньшего размера, приводит к увеличению нестабильности муки из цельного зерна и увеличению повреждения крахмала, что приводит к плохим характеристикам пищевой обработки. Функциональность муки из цельного зерна, в частности для печенья, крекеров и зерновых продуктов, например, может быть весьма снижена с точки зрения обрабатываемости теста и увеличение печенья в объеме при выпечке из-за существенного количества желатинизированного и поврежденного крахмала в муке в результате тонкого измельчения.
Общеизвестно, что пшеничная мука из цельного зерна, содержащая отруби и зародыши, менее стабильна по сравнению с белой рафинированной мукой. Хранение пшеничной муки из цельного зерна в течение только лишь 30 дней при 75°F может привести к появлению нежелательного запаха и привкуса у продуктов, полученных из муки из цельного зерна. Одновременно с появлением привкуса в муке увеличивается количество свободных жирных кислот, коррелируемое с увеличенной скоростью поглощения кислорода в муке, и образование окислительных компонентов прогорклости. Уменьшение размеров частиц увеличивает скорость и степень порчи компонентов зерна. Как правило, тепловую и влажную обработку используют для инактивации ферментов, ответственных за порчу муки, хотя недавно было установлено, что они вносят свой вклад в прогорклость, вызванную окислительными процессами, измеряемыми образованием гексаналя, общеизвестного маркера, используемого для определения прогорклости, вызванной окислительными процессами, в овсяной муке. Соответственно, поскольку спрос на продукты из цельного зерна увеличивается, существует растущая потребность в муке из цельного зерна с увеличенным сроком хранения и расширенными возможностями пищевой промышленности, которая также может соответствовать предпочитаемым потребителями структуре, внешнему виду и вкусу.
Сущность изобретения
Согласно варианту осуществления раскрыт способ получения стабилизированной муки из цельного зерна, который предусматривает: a) перемалывание цельного зерна с получением фракции эндосперма, фракции мелких отрубей с низким содержанием золы и зародыша и фракции грубых отрубей и зародыша, b) измельчение фракции грубых отрубей и зародыша без существенного повреждения крахмала фракции грубых отрубей и зародыша с получением фракции перемолотых грубых отрубей и зародыша, c) стабилизацию фракции мелких отрубей с низким содержанием золы и зародыша и фракции перемолотых грубых отрубей и зародыша с получением фракции стабилизированных мелких отрубей и зародыша, и d) объединение фракции стабилизированных мелких отрубей и зародыша с фракцией эндосперма с получением стабилизированной муки из цельного зерна с распределением размера частиц, при котором 0 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №35 (500 микрон), и менее чем или приблизительно 20 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №70 (210 микрон), причем содержание тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша равно от 3 масс.% до 15 масс.%, и они не измельчены, что приводит к уменьшению повреждения крахмала и повышению эффективности производства.
Согласно другому варианту осуществления способ получения стабилизированной муки из цельного зерна без существенного повреждения крахмала включает в себя: a) перемалывание цельного зерна с получением фракции эндосперма, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша, которые не подвергали дополнительному уменьшению размера частиц, и грубой фракции отрубей и зародыша, которые подвергали дополнительному уменьшению размера частиц, b) измельчение грубой фракции отрубей и зародыша с применением двустадийного процесса измельчения, причем первая стадия измельчения включает в себя столкновение частицы с частицей, а вторая стадия измельчения включает в себя измельчение путем механического уменьшения размера, и где частицы, которые мельче крупности первых частиц, не подвергали второй стадии измельчения с получением перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша и фракции зародышей, c) стабилизацию перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша и тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша с получением стабилизированной тонкой фракции отрубей и зародыша со способностью удерживать растворитель карбонат натрия-вода менее чем 200%, и d) объединение стабилизированной тонкой фракции отрубей и зародыша с фракцией эндосперма с получением стабилизированной муки из цельного зерна со способностью удерживать растворитель карбонат натрия-вода менее чем 90%, и с содержанием гексаналя менее чем приблизительно 10 ppm после 1 месяца ускоренного хранения при 95°C на основе массы стабилизированной муки из цельного зерна.
Согласно другому аспекту изобретения стабилизированная мука из цельного зерна, включающая в себя отруби, зародыш и эндосперм, включает в себя следующее: a) липазной активностью менее чем 250 единиц/грамм/час стабилизированной муки из цельного зерна, где единица представляет собой число микромолей (jam) 4-метилумбеллиферилгептаноата (4-MUH), гидролизируемого грамм в час в стабилизированной муке из цельного зерна, b) содержанием акриламида менее чем 45 ppb на основе общей массы стабилизированной муки из цельного зерна, c) способностью удерживать растворитель карбонат натрия-вода (SRC карбоната натрия) менее чем 90%, d) содержанием свободных жирных кислот менее чем 10 масс.% от общей массы липидов муки за три месяца или менее чем 3000 ppm на основе массы стабилизированной муки из цельного зерна, и e) содержанием гексаналя менее чем 10 ppm после 1 месяца ускоренного хранения при 95°C на основе массы стабилизированной муки из цельного зерна, и распределение размера частиц, при котором 0 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №35 (500 микрон), и менее чем или приблизительно 10 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №70 (210 микрон).
Согласно еще одному аспекту способ увеличения производства стабилизированного отрубного компонента без существенного повреждения крахмала предусматривает: a) перемалывание цельного зерна с получением фракции эндосперма, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша, которые не подвергали дополнительному уменьшению размера частиц, и грубой фракции отрубей и зародыша, которые подвергали дополнительному уменьшению размера частиц, b) измельчение грубой фракции отрубей и зародыша с получением первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша и второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша, причем измельчение грубой фракции отрубей и зародыша с получением второй перемолотой грубой фракции включает в себя первую стадию измельчения и вторую стадию измельчения, первая стадия измельчения включает в себя измельчение при помощи столкновения частицы с частицей, а вторая стадия измельчения включает в себя измельчение путем механического уменьшения размера, указанная первая стадия измельчения дает в результате и указанную первую перемолотую фракцию отрубей и зародыша, и перемолотую грубую фракцию первой стадии, где указанную грубую фракцию первой стадии подвергали указанной второй стадии измельчения с получением указанной второй перемолотой грубой фракции, и указанную первую перемолотую грубую фракцию не подвергали указанной второй стадии измельчения, c) объединение фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша, первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша и второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша с получением объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша, и d) стабилизацию объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша с получением стабилизированной объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша.
Другой вариант осуществления включает в себя стабилизированный отрубной компонент, содержащий отруби, зародыш и крахмал, количество отрубей по меньшей мере 50 масс.%, и количество крахмала от 10 масс.% до 40 масс.% на основе общей массы стабилизированного отрубного компонента, причем стабилизированный отрубной компонент характеризуется: a) распределением размера частиц, при котором менее чем или 15 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №35 (500 микрон), и более или 75 масс.% частиц с размером менее чем или равным 149 микрон, b) липазной активностью менее чем 250 единиц/грамм/час стабилизированного отрубного компонента, где единица представляет собой число микромолей (мкмольоль) 4-метилумбеллиферилгептаноата (4-MUH), гидролизируемого грамм в час в стабилизированном отрубном компоненте, c) содержанием акриламида менее чем или равным 150 ppb на основе общей массы стабилизированного отрубного компонента, d) энтальпией плавления крахмала более 2 Дж/г на основе общей массы стабилизированной измельченной грубой фракции, как измерено дифференциальной сканирующей калориметрией (DSC) при пике температуры от 60°C до 65°C, и e) способностью удерживать растворитель карбонат натрия-вода (SRC карбоната натрия) менее чем 200%.
Согласно еще одному аспекту раскрыт способ получения стабилизированной муки из цельного зерна, включающей в себя эндосперм, отруби и зародыш, без существенного повреждения крахмала, причем способ предусматривает: a) перемалывание цельного зерна с получением фракции эндосперма, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша и грубой фракции отрубей и зародыша с остатком эндосперма, b) измельчение грубой фракции отрубей и зародыша с содержанием остатка эндосперма в количестве 5-10% эндосперма в цельных зернах для минимизации повреждения крахмала и с получением перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша, c) гидратирование перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша и тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша до уровня содержания влаги от 10% до 20 масс.% на основе общей массы фракции, d) подвергание до 10% остатка эндосперма из указанной перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша стабилизации с целью избежать желатинизации крахмала, и e) подвергание 80-100% отрубей и зародыша стабилизации для снижения липазной и липоксигеназной активности с получением стабилизированной муки из цельного зерна со способностью удерживать растворитель карбонат натрия-вода менее чем 90%, и с содержанием гексаналя менее чем приблизительно 10 ppm после 1 месяца ускоренного хранения при 95°C на основе массы стабилизированной муки из цельного зерна.
Согласно другому варианту осуществления раскрыт способ получения стабилизированной муки из цельного зерна, причем способ предусматривает: a) перемалывание цельного зерна с получением фракции эндосперма, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша и грубой фракции отрубей и зародыша, b) измельчение грубой фракции отрубей и зародыша без существенного повреждения крахмала грубой фракции отрубей и зародыша с получением перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша, (c) гидратирование фракции эндосперма с получением содержания влаги от 10% до 14,5 масс.% на основе массы указанной фракции эндосперма, (d) гидратирование перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша с получением содержания влаги от 10% до 20 масс.% на основе массы перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша; e) стабилизацию тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша и перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша, с получением стабилизированной объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша, и f) объединение стабилизированной тонкой фракции отрубей и зародыша с указанной фракцией эндосперма с получением стабилизированной муки из цельного зерна со сниженным повреждением крахмала.
Другой аспект согласно настоящему изобретению относится к способу получения стабилизированной муки из цельного зерна, причем способ предусматривает: a) перемалывание цельного зерна с получением фракции эндосперма, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша и грубой фракции отрубей и зародыша, b) измельчение грубой фракции отрубей и зародыша с применением двустадийного процесса измельчения, причем первая стадия измельчения включает в себя перемалывание при помощи столкновения частицы с частицей, а вторая стадия измельчения включает в себя измельчение путем механического уменьшения размера, где частицы с крупностью первых частиц сортировали в течение или после первой стадии измельчения, и не подвергали второй стадии измельчения, с образованием перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша со сниженным повреждением крахмала, d) стабилизацию тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша и перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша с получением стабилизированной объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша, и e) объединение стабилизированной объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша с фракцией эндосперма с получением стабилизированной муки из цельного зерна со сниженным повреждением крахмала.
Дополнительный вариант осуществления относится к способу перемалывания отрубей и зародыша из цельного зерна, причем способ предусматривает: a) перемалывание тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша и грубой фракции отрубей и зародыша, b) измельчение указанной грубой фракции отрубей и зародыша без существенного повреждения крахмала грубой фракции отрубей и зародыша с получением перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша, (c) гидратирование перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша с получением содержания влаги от 10% до 20 масс.% на основе массы перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша, и d) стабилизацию тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша и перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша с получением стабилизированной тонкой фракции отрубей и зародыша со способностью удерживать растворитель карбонат натрия-вода (SRC карбоната натрия) менее чем приблизительно 200%.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена принципиальная блок-схема производственного процесса получения стабилизированной муки из цельного зерна согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 представлена структурная схема устройства, которое может быть использовано согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения для получения стабилизированной муки из цельного зерна.
Подробное описание изобретения
Ссылки будут сделаны на определенные подробные аспекты различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что раскрытые варианты осуществления являются только иллюстративными согласно настоящему изобретению, которое может быть осуществлено в многочисленных и альтернативных формах. Таким образом, раскрытые в настоящем описании определенные подробности не следует понимать как ограничивающие, а только как иллюстративная основа любого аспекта настоящего изобретения и/или как иллюстративная основа для изучения специалистом настоящего уровня техники различных применений изобретения.
За исключением примеров, или если не отмечено иным образом, все числовые количества в этом описании, обозначающие количества вещества и/или применение, следует понимать с приведенным словом «приблизительно» при описании более широкого объема изобретения. Как правило, предпочтительным является применение в пределах заявленных числовых ограничений.
Также следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено определенными вариантами осуществления и способами, описанными ниже, поскольку конкретные компоненты и/или условия могут, конечно же, изменяться. Более того, используемая в настоящем описании терминология используется только в целях описания конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения и она не предназначена для его ограничения. Видно, что фигуры представлены без соблюдения масштаба.
Также следует отметить, что при использовании в описании и приложенной формуле изобретения формы единственного числа включают в себя также формы множественного числа, если в контексте четко не указано иное. Например, подразумевается, что ссылка на компонент в форме единственного числа включает в себя множество компонентов.
По всей настоящей заявке при ссылках на публикации раскрытия этих публикаций в своей полноте, они включены посредством ссылки на эту заявку в их полноте с целью более полного описания существующего уровня техники, к которому относится настоящее изобретение.
Термин «цельное зерно» включает в себя зерна во всей их полноте, например, ядро пшеничного зерна или зерновку, перед любой обработкой. Как отмечено в проекте руководства управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) от 15 февраля 2006 и при использовании в настоящем описании, термин «цельное зерно» включает в себя зерна хлебных злаков, состоящие из цельных, измельченных, лущеных или плющеных зерен, основными компонентами которых являются крахмал эндосперма, зародыш и отруби, присутствующие в тех же относительных пропорциях, в которых они находятся в цельном зерне. В FDA описано, что такое зерно может включать в себя ячмень, гречиху, булгур, кукурузу, просо, семя льна, рис, овес, сорго, пшеницу и дикий рис.
Термин «очищенный продукт пшеничной муки» представляет собой пшеничную муку, которая отвечает стандартам FDA для очищенного продукта пшеничной муки с размером частиц, из которых не менее чем 98% проходит через проволочное сито США №70 (210 микрон).
Используемый в настоящем описании термин «перемалывание» включает в себя стадии плющения, отсеивания поврежденного и сортировку цельного зерна для разделения его на его составные части, что также может привести к некоторому уменьшению размеров частиц составных частей.
Используемый в настоящем описании термин «измельчение» включает в себя любой процесс, направленный на уменьшение размера частиц, включая в себя без ограничения соударение частиц друг с другом или механическое уменьшение размера частиц.
Используемый в настоящем описании термин «темперирование» представляет собой процесс добавления воды к пшенице перед перемалыванием для придания жесткости отрубям и смягчения эндосперм а зерновки, и таким образом улучшения эффективности отделения муки.
Используемый в настоящем описании термин «послегидратация» относится к стадии проведения гидратации после перемалывания или после измельчения для установки содержания влаги отдельного составляющего и/или для установки содержания влаги готовой муки.
Мука из цельного зерна и проблема прогорклости
Как изложено выше, проблема прогорклости представляет собой проблему, которая ограничивает срок годности муки из цельного зерна. Было предложено несколько теорий, некоторые из которых изложены ниже, но ни одна из них не предназначена для ограничения любого из описанных в настоящем изобретении вариантов осуществления.
Прогорклость зерновых продуктов может происходить из-за гидролитических (ферментативных) или окислительных реакций распада, или в результате того и другого. Часто гидролиз ведет к дальнейшей прогорклости продуктов, вызванной окислительными процессами. Природа наделила семена множеством защитных механизмов от прогорклости или порчи, позволяющих семенам пережить периоды с неблагоприятными условиями до момента попадания в подходящую среду для начала развития и роста. Прогорклость маловероятна, если липидные вещества, например, масло семян, не вступают в реакцию с реагентами или катализаторами, такими как воздух и ферменты. Одним из таких защитных механизмов семян зерен хлебных злаков является хранение липидов и ферментов изолированно, таким образом, что они не могут взаимодействовать.
Перемалывание зерен хлебных злаков включает в себя повреждение отдельных составляющих, отрубей, зародыша и эндосперма, таким образом, липиды и ферментные компоненты зерна начинают взаимодействовать, что приводит к существенному увеличению степени прогорклости. Увеличение степени помола для снижения песчанистости, вызванной частицами отрубей, является причиной того, что увеличивается площадь поверхности, снижается природная инкапсулированность липидов и увеличивается взаимодействие между липидными и ферментными компонентами, следовательно, увеличивается степень прогорклости.
Таким образом, мука высокого выхода, содержащая значительные количества отрубей и зародыша, менее стабильна по сравнению с белой мукой. Длительное хранение муки высокого выхода часто приводит к проявлению прогорклости. Прогорклость включает в себя ухудшение качества, вызванное напрямую или косвенно реакциями с эндогенными липидами, что приводит к снижению качества выпекаемых из муки изделий, нежелательному вкусу или запаху и/или неприемлемым функциональным свойствам. Основной причиной проявления прогорклости муки высокого выхода является ферментативное повреждение нестабильных натуральных масел. Большое количество нестабильных натуральных масел содержится в зародышевой части зерна, используемой для получения муки высокого выхода. С другой стороны, белая мука содержит мало нестабильных натуральных масел или жиров или не содержит их вообще, поскольку она получена главным образом из части эндосперма зерна и, как правило, по существу не содержит отруби и зародыши.
Другой причиной прогорклости является более сложная проблема содержания в продуктах, полученных из муки, содержащей отруби и зародыши, ферментов, участвующих в катализированном ферментами распаде липидов. Одним из таких ферментов является липаза, которая является причиной гидролитической прогорклости в размолотых продуктах из доброкачественной, непроросшей пшеницы. Липаза находится почти только в отрубном компоненте. Другим ключевым разлагающим липиды ферментом является липоксигеназа (LPO), которая находится почти только в зародыше, и также вызывает прогорклость. Таким образом, пшеничная мука с отрубями или пшеничная мука грубого помола в гораздо большей степени подвержена прогорклости по сравнению с белой мукой, которая содержит мало или не содержит отруби и зародыши вообще.
В пшеничной муке высокого выхода происходит катализированное ферментами повреждение липидов, что является причиной прогорклости такой муки, считается, что это происходит из-за воздействия липазы с последующим воздействием LPO. Если липаза, фермент, находящийся почти только в отрубной части зерна, активируется при помоле, она реагирует с нестабильными натуральными маслами зерна и разрушает их до свободных жирных кислот (FFA). Этот процесс может занять недели или даже месяцы. Затем, LPO, фермент, находящийся почти только в зародышевой части зерна, окисляет FFA в присутствии кислорода с получением летучих продуктов разложения, таких как пероксиды, которые в свою очередь образую прогорклые альдегиды. В отсутствие влаги окисление FFA является также очень медленным процессом, который может занимать вплоть до нескольких недель до появления заметных для определения количеств прогорклых альдегидов. Тем не менее, в присутствии влаги или воды, которую в норме добавляют к пшеничной муке в больших количествах в процессе получения теста, происходит очень быстрое катализированное ферментами окисление свободных жирных кислот, что является причиной образования большого количества прогорклых альдегидов по существу в течение нескольких минут.
Решение вопроса о прогорклости и связанные с ней проблемы, а также проблемы, связанны с нестабильностью муки, и различные способы, были раскрыты с целю получения стабилизированной муки из цельного зерна, содержащей природные соотношения отрубей, зародышей и эндосперма, с высокой производительностью или выработкой даже при очень мелких частицах, например, производство пшеничной муки из цельного зерна, в которой не менее чем 98% частиц проходит через проволочное сито США №70 (210 микрон). Согласно различным вариантам осуществления стабилизированную муку из цельного зерна получали с небольшим повреждением крахмала из-за трения и с небольшой желатинизацией крахмала из-за тепловой и влажной обработок. Такая стабилизированная мука из цельного зерна обладает функциональными свойствами, требуемыми для получения теста и выпекания, и размер частиц приближен к размерам частиц белой рафинированной пшеничной муки. Она может быть использована в соответствующем массовом производстве теста с высокими показателями обрабатываемости и раскатываемости для получения хлебобулочных изделий, таких как печенье, крекеры и закуски, с превосходным увеличением объема при выпекании и внешним видом, и без ощущения песчанистости во рту.
Согласно различным вариантам осуществления стабилизированная мука из цельного зерна, например, очень тонкоразмолотая мука из цельного зерна и очень тонкоразмолотый стабилизированный отрубной компонент, проявляют неожиданно низкую поглощаемость карбоната натрия-воды и неожиданно долгий срок годности с неожиданно низким содержанием свободных жирных кислот и содержанием гексаналя за 1 месяц или более при ускоренных условиях хранения. Был достигнут высокий уровень инактивации ферментов с сохранением неожиданно высоких уровней необходимых питательных веществ, таких как антиоксиданты и витамины, которые теряются при высокотемпературных обработках для стабилизации. Более того, образование акриламида регулировали до неожиданно низких уровней. Раскрытие каждой из находящихся на рассмотрении одновременно публикации патентной заявки США №20070292583 и публикации международной патентной заявки WO/2007/149320, каждая от Haynes et al, включено посредством ссылки все свей их полноте.
Один аспект настоящего изобретения относится к способам высокопроизводительной обработки тонкоизмельченного стабилизированного отрубного компонента, такого как пшеничный компонент, которым очень обогащены отруби, и тонкоизмельченной стабилизированной муки из цельного зерна, содержащей стабилизированный отрубной компонент, такой как стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна, содержащая стабилизированный пшеничный отрубной компонент, без существенного повреждения крахмала или отрицательного влияния на функциональность при выпекании. Получение трех фракций, а также разделение перемолотых отрубей и зародыша, которые были достаточно мелкими для конечного продукта муки из цельного зерна или отрубного компонента, чтобы избежать повторяемого измельчения отрубей и зародыша, увеличивает выработку, предотвращает повреждение крахмала и понижает высвобождение ферментов, таких как липаза и липоксигеназа, которые могут быть вследствие измельчения или перемалывания, которые могут вызывать прогорклость. Процессы перемалывания, измельчения и стабилизации обеспечивают существенное понижение липазной активности и липоксигеназной активности, и неожиданно низкое образование свободной жирной кислоты, гексаналя и акриламида. Более того, было достигнуто неожиданно высокое удержание природных питательных веществ, таких как витамины и антиоксиданты, в стабилизированном отрубном компоненте и стабилизированной муке из цельного зерна, например, в пшеничной муке из цельного зерна. Условия измельчения и перемалывания и условия стабилизации не влияют отрицательно на обрабатываемость теста или функциональность при выпекании стабилизированной муки из цельного зерна, даже при условии, если получена мука из цельного зерна с мелкими частицами. Стабилизированный отрубной компонент характеризуется низким содержанием крахмала с низким коэффициентом связывания йода, незначительным повреждением крахмала и низкой желатинизацией крахмала, а также низкой способностью удерживать растворитель (SRC) даже при условии, если получен отрубной компонент с мелкими частицами. Тонкоизмельченная пшеничная мука из цельного зерна, которая содержит естественные пропорции эндосперма, отрубей и зародыша, как и в цельном зерне, обладает неожиданно низкой способностью удерживать растворитель (SRC), незначительным повреждением крахмала и низкой степенью желатинизации, и неожиданно долгим сроком годности.
В соответствии с аспектом по настоящему изобретению только небольшую порцию эндосперма муки из цельного зерна, такой как пшеничная мука из цельного зерна, подвергали измельчению в присутствии отрубей и зародыша, и только части отрубей и эндосперма подвергали многостадийному измельчению с целью существенного уменьшения повреждения крахмала. Также, только эту небольшую часть эндосперма подвергали стабилизации путем нагревания с целью существенного уменьшения желатинизации крахмала. Тем не менее, по меньшей мере значительную часть отрубей и зародыша муки из цельного зерна, например, пшеничной муки из цельного зерна, подвергали стабилизации путем нагревания с целью существенного уменьшения активности липазы и липоксигеназы. Продукт из цельного зерна может быть получен из стабилизированной муки из цельного зерна, например, пшеничной муки из цельного зерна, с неожиданно превосходной не песчанистой структурой, и с увеличением печенья в объеме при выпечке. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения скорости производительности стабилизированной муки из цельного зерна тонкого помола, например, стабилизированной пшеничной муки из цельного зерна, может быть по меньшей мере приблизительно 30000 фунт/час, предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 45000 фунт/час.
Три используемые фракции включают в себя две фракции отрубей и зародыша и фракцию эндосперма, которые получены путем перемалывания цельных зерен хлебных злаков при помощи процессов разбивания, процессов плющения гладкими вальцами и процессов просеивания. Измельчали только одну из трех фракций или потоков - грубую фракцию отрубей и зародыша. Две оставшиеся фракции, фракцию эндосперма и тонкую фракцию отрубей с низким содержанием золы и зародыша, не измельчали. Тонкая фракция отрубей с низким содержанием золы и зародыша была достаточно мелкой, поэтому не было необходимости в ее измельчении, тем самым это понижало повреждение крахмала и повышало производительность в уменьшенной загрузкой оборудования для измельчения. Тонкую фракцию отрубей с низким содержанием золы и зародыша получали при помощи процессов плющения гладкими вальцами и при помощи просеивания, при которых не применяли измельчение мельницами для измельчения. Перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша и тонкая фракция отрубей с низким содержанием золы и зародыша могут быть объединены, подвергнуты стабилизации, и стабилизированные фракции отрубей и зародыша могут быть объединены с фракцией эндосперма с получением стабилизированной муки из цельного зерна.
Как схематически показано на фиг.1, стабилизированная мука из цельного зерна может быть получена путем перемалывания цельного зерна с получением фракции эндосперма 1 или потока 4, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 или потока 5, и грубой фракции отрубей и зародыша 3 или потока 6. Грубую фракцию отрубей и зародыша 3 измельчали без существенного повреждения крахмала грубой фракции отрубей и зародыша 3 с получением первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8 и второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11. Тонкую фракцию отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2, которую получали путем перемалывания цельного зерна, не измельчали, тем самым понижая повреждение крахмала и увеличивая выработку или производство стабилизированной муки из цельного зерна 17.
Согласно предпочтительному варианту осуществления каждая из первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8, второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11 и тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 может обладать распределением размера мелких частиц, по существу таким же, что и распределение размера частиц фракции эндосперма 1. Например, каждая из фракций 2, 8 и 11 может обладать распределением размера частиц, при котором 0 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №35 (500 микрон), и менее чем или приблизительно 20 масс.%, предпочтительно, менее чем или приблизительно 10 или более предпочтительно 5 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №70 (210 микрон).
Тонкая фракция отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2, первая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 8 и вторая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 11 могут быть перенесены с применением традиционного конвейерного и транспортного оборудования, и объединены с применением традиционного оборудования для смешивания и транспорта, такого как шнековый конвейер, с получением объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12. Объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша 12 может быть стабилизирована при процессе стабилизации 14 с получением стабилизированной объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 15. Стабилизированная тонкая фракция отрубей и зародыша 15 может быть объединена с фракцией эндосперма 1 с применением традиционного оборудования для смешивания и транспорта 16, такого как шнековый конвейер, с получением стабилизированной муки из цельного зерна 17.
Стабилизированная мука из цельного зерна 17 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором 0 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №35 (500 микрон), и менее чем или приблизительно 20 масс.% частиц, предпочтительно, менее чем или приблизительно 10 или 5 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №70 (210 микрон). Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения стабилизированная мука из цельного зерна 17 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором до приблизительно 100 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №70 (210 микрон). Также, стабилизированная мука из цельного зерна 17 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором по меньшей мере 75 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере 85 масс.%, например, от приблизительно 90 масс.% до приблизительно 98 масс.% частиц характеризуются размером менее чем или равным 149 микрон, и менее чем или 5 масс.% частиц характеризуются размером более 250 микрон.
Получение трех фракций
Согласно одному варианту осуществления получения стабилизированной муки из цельного зерна, например, стабилизированной пшеничной муки из цельного зерна, и стабилизированного отрубного компонента, цельные зерна хлебных злаков могут быть перемолоты с получением фракции эндосперма 1, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 и грубой фракции отрубей и зародыша 3.
Согласно другому варианту осуществления фракция эндосперма 1 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором 0 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №35 (500 микрон), и менее чем или приблизительно 20 масс.%, предпочтительно, менее чем или приблизительно 5 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №70 (210 микрон). Фракция эндосперма 1 также может характеризоваться распределением размера частиц, при котором по меньшей мере приблизительно 65 масс.%, например по меньшей мере приблизительно 75 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 85 масс.% частиц характеризуется размером менее чем или равным 149 микрон, и менее чем или равным приблизительно 5 масс.% частиц характеризуется размером более чем 250 микрон. Фракция эндосперма 1 может включать в себя, на твердой основе, крахмал в содержании от приблизительно 85 масс.% до приблизительно 95 масс.% и золу в содержании от приблизительно 0,5 масс.% до приблизительно 0,6 масс.% на основе общей массы фракции эндосперма 1. Количество присутствующего во фракции эндосперма 1 зародыша может быть приблизительно в таком же количестве относительно отрубей, что и в цельном зерне. Количество фракции эндосперма 1 может быть от приблизительно 60 масс.% до приблизительно 80 масс.%, обычно от приблизительно 60 масс.% до приблизительно 75 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 60 масс.% до приблизительно 69 масс.%, наиболее предпочтительно, от приблизительно 65 масс.% до приблизительно 68 масс.% на основе общей массы фракции эндосперма 1, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 и грубой фракции отрубей и зародыша 3, или массы цельного зерна.
Согласно дополнительному варианту осуществления тонкая фракция отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором менее чем или 15 масс.%, предпочтительно, менее чем или 12 масс.%, наиболее предпочтительно 0 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №35 (500 микрон), и менее чем или приблизительно 40 масс.%, например, менее чем или приблизительно 35 масс.%, предпочтительно, менее чем или приблизительно 20 масс.%, наиболее предпочтительно, менее чем или приблизительно 10 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №70 (210 микрон). Тонкая фракция отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 также может характеризоваться распределением размера частиц, при котором по меньшей мере приблизительно 65 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 75 масс.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 85 масс.% частиц характеризуется размером менее чем или равным 149 микрон, и менее чем или приблизительно 10 масс.%, предпочтительно, менее чем или равным приблизительно 7 масс.%, наиболее предпочтительно, менее чем или приблизительно 5 масс.% частиц характеризуется размером более чем 250 микрон. Тонкая фракция отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 может включать в себя, на твердой основе, крахмал в содержании от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 75 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 20 масс.% до приблизительно 70 масс.%, более предпочтительно, от приблизительно 30 масс.% до приблизительно 50 масс.% крахмала, и золу в содержании выше 0,6 масс.%, обычно от приблизительно 0,75 масс.% до приблизительно 2,0 масс.%, на основе общей массы тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2. Количество зародыша, присутствующего в тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2, может быть приблизительно в таком же количестве относительно отрубей, что и в цельном зерне. Количество тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 может быть от приблизительно 3 масс.% до приблизительно 15 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 5 масс.% до приблизительно 10 масс.% на основе общей массы фракции эндосперма 1, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 и грубой фракции отрубей и зародыша 3, или массы цельного зерна.
Согласно дополнительному варианту осуществления грубая фракция отрубей и зародыша 3 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором по меньшей мере приблизительно 75 масс.% частиц характеризуется размером более чем или равным 500 микрон, менее чем или приблизительно 10 масс.%, предпочтительно, менее чем или приблизительно 5 масс.% частиц характеризуется размером более чем 149 микрон, и от приблизительно 10 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 15 масс.%, до приблизительно 25 масс.% частиц характеризуется размером более чем 500 микрон, но более чем или равным 149 микрон. Грубая фракция отрубей и зародыша 3 может включать в себя, на твердой основе, крахмал в содержании от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 40 масс.% и золу в содержании выше 2 масс.% на основе общей массы грубой фракции отрубей и зародыша 3. Количество зародыша, присутствующего в грубой фракции отрубей и зародыша 3, может быть приблизительно в таком же количестве относительно отрубей, что и в цельном зерне. Количество грубой фракции отрубей и зародыша 3 может быть от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 37 масс.%, например, от приблизительно 22 масс.% до приблизительно 28 масс.% на основе общей массы фракции эндосперма 1, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 и грубой фракции отрубей и зародыша 3, или массы цельного зерна.
Соответственно, согласно одному варианту осуществления перемалывание цельного зерна, например, пшеницы, дает приблизительно от 60 масс.% до приблизительно 80 масс.%, обычно от приблизительно 60 масс.% до приблизительно 75 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 60 масс.% до приблизительно 69 масс.%, от приблизительно 3 масс.% до приблизительно 15 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 5 масс.% до приблизительно 10 масс.% тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2, и от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 37 масс.%, например, от приблизительно 22 масс.% до приблизительно 28 масс.% грубой фракции отрубей и зародыша 3 на основе общей массы цельного зерна с массовыми процентными соотношениями для трех фракций, добавляемых до 100 масс.%.
Согласно другому варианту осуществления фракция эндосперма 1, тонкая фракция отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 и грубая фракция отрубей и зародыша 3 для получения стабилизированной муки из цельного зерна, такой как стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна, и стабилизированного отрубного компонента, могут быть получены из цельных зерен хлебных злаков 322, как показано на фиг.2. Цельные зерна хлебных злаков 322 могут быть темперированы или не темперированы, но предпочтительно они представляют собой не темперированные сырые цельные зерна хлебных злаков, которые очищали промыванием водой. Могут быть использованы цельные зерна хлебных злаков с содержанием влаги от приблизительно 8% до приблизительно 15 масс.%, в целях перемалывания и/или измельчения предпочтительным является содержание влаги от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 14,5 масс.%, и особенно предпочтительным является содержание влаги от приблизительно 12,5 масс.% до приблизительно 13,5 масс.%. Если в зернах слишком мало влаги, зерна могут нежелательным образом разрушаться и образовывать поврежденный крахмал. Слишком большое количество влаги может делать зерна чувствительными к избыточной желатинизации крахмала, и также может вызывать сложность при перемалывании и/или измельчении зерен. По этим причинам содержание влаги в зернах от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 14,5 масс.% является предпочтительным как раз перед стадиями перемалывания или измельчения. Если содержание влаги в гранулах слишком низкое, к сухим гранулам может быть добавлена влага перед стадиями перемалывания или измельчения с целью увеличения ее уровня до приемлемого. Добавление влаги может быть проведено традиционным способом темперирования зерен путем распыления на их поверхности воды, с позволением ей впитаться. Природные цельные зерна, такие как ядра пшеничного зерна, обычно характеризуются содержанием влаги от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 14,5 масс.%. Соответственно, согласно предпочтительному варианту осуществления не является необходимым темперировать цельные ядра с целью получения необходимого содержания влаги для стадий перемалывания или измельчения.
Цельное зерно содержит главным образом эндосперм, отруби и зародыш, в уменьшающихся пропорциях, соответственно. В цельных пшеничных зернах, например, при полевой влажности приблизительно 13 масс.%, эндосперма или крахмала содержится приблизительно 83 масс.%, отрубей - приблизительно 14,5 масс.%, и зародыша - приблизительно 2,5 масс.% на основе общей массы цельного зерна. Эндосперм содержит крахмал, и содержание белка у него ниже, чем в зародыше и отрубях. Также низким является содержание составляющих неочищенного жира и золы. Отруби (перикарпий или оболочка) представляют собой стенку зрелой завязи, которая расположена под кутикулой, и включает в себя все внешние слои ниже семенной оболочки. Она богата некрахмалистыми полисахаридами, такими как целлюлоза и пентозан. Отруби или перикарпий очень плотные из-за высокого содержания волокон и вызывают сухое песчанистое ощущение во рту при употреблении, в частности, когда присутствуют частицы большого размера. Также они содержат большое количество липазы и липоксигеназы в зерне и нуждаются в стабилизации. Поскольку степень измельчения или перемалывания возрастает, размер частиц отрубей приближается к размеру частиц крахмала, что делает разделение отрубей и крахмала более сложным. Также, повреждение крахмала усиливается из-за большего применения механической энергии, и абразивности отрубей по сравнению с эндоспермом, и разрыва крахмальных зерен. Также, механически поврежденный крахмал является более чувствительным к желатинизации. Зародыш характеризуется высоким содержанием жирных масел. Он также богат на неочищенный белок, сахар золу. Зародыш предпочтительно подвергали стабилизации с отрубями для инактивации липазы и липоксогеназы, которые могут присутствовать в нем после измельчения или перемалывания, при этом избегали значительного разрушения природных питательных веществ.
Как показано на фиг.2, получение трех фракций 1, 2 и 3 может включать в себя проведение с применением традиционного конвейерного и транспортного оборудования количество цельного зерна 322, такого как пшеница, через множество установок драной вальцовой системы или рабочих вальцов, и конвейерную систему гладких вальцов и сит с получением размолотого зерна. При более длительном применении драной вальцовой системы высвобождается больше крахмала или эндосперма, и остаются более крупные, грубые по сравнению с эндоспермом частицы отрубей. При дроблении частицы отрубей сплющиваются, в то время как эндосперм разделяется на фрагменты с отдельными гранулами крахмала. Помолотое зерно может быть просеяно сита, грохота или классификаторы для сбора частиц с первым распределением размера мелких частиц, и/или при необходимости с дополнительными распределениями размера частиц. В первом распределении мелких частиц и других распределениях сохраняются частицы с грубым распределением размера частиц для дополнительного перемалывания и измельчения, и, аналогично, частицы, меньше, чем в первом распределении размера частиц, не подвергали указанной второй стадии измельчения с получением перемолотой грубой фракции. Согласно предпочтительным вариантам осуществления перемалывание цельного зерна 322 может включать в себя подвергание не темперированного цельного зерна или ядер четырем или нескольким процессам разбивания и плющения и четырем или нескольким процессам просеивания. Как показано на фиг.2, цельное зерно или 322 могут подвергать многим процессам разбивания, 300, 302, множеству процессов плющения 304, 306, 308, и множеству процессов просеивания 301, 303, 305, 307, 309 с получением фракции эндосперма 1, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 и грубой фракции отрубей и зародыша 3, 332, 333. Сита 301, 303, 305, 307, 309 переменно расположены по порядку с вальцами драной вальцовой системы 300, 302, и гладкими вальцами 304, 306, 308, как показано на фиг.2.
Выходные потоки 323, 325, 327, 329 и 330 из вальцов драной вальцовой системы и гладких вальцов 300, 302, 304, 306, 308, соответственно, обычно постепенно в возрастающей степени обогащали в отрубях, поскольку эндосперм удаляли через сита 301, 303, 305, 307 и 309, соответственно. Более грубое просеивание, или верхние выходные потоки 324, 326, 328, 330 и 332/333 из сит 301, 303, 305, 307 и 309, соответственно, обычно могут быть в возрастающей степени обогащены в более грубых отрубях и быть подвержены постепенно большему уменьшению размеров в вальцах без применения мельницы.
Согласно другому аспекту изобретения обеспечен стабилизированный отрубной компонент, содержащий отруби, зародыш и крахмал, с количеством отрубей по меньшей мере приблизительно 50 масс.% и количеством крахмала от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 40 масс.% на основе общей массы стабилизированного отрубного компонента с распределением размера мелких частиц, при котором 0 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №35 (500 микрон), и менее чем или приблизительно 20 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №70 (210 микрон).
Как показано на фиг.2, фракция эндосперма 1 может быть получена путем дробления 300 и 302, каждый из которых может включать в себя две установки драной вальцовой системы и гладкие вальцы 304, 306, но не конечные гладкие вальцы 308, и процессами просеивания 301, 303, 305 и 307, но не процессом просеивания 309. Как показано на фиг.2, более мелкие выходные потоки при просеивании 360, 362, 364 и 366 из сит 301, 303, 305 и 307, соответственно, способствуют получению фракции эндосперма 1. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения тупое рифление каждого вальца каждой пары драной вальцовой системы работает для снижения рассеивания эндосперма при разбивании зерен, что снижает повреждение крахмала в течение процесса разбивания, и достигается большее распределение размера частиц фракций.
Фракция отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2, как показано на фиг.2, также может быть получена при помощи гладких вальцов 304, 306, 308, и процессами просеивания 305, 307, 309, но ее не получали при помощи драной вальцовой системы 300, 302, или соответствующих процессов просеивания 301 и 303. Как показано на фиг.2, мелкие выходные потоки при просеивании 370, 372 и 374 из сит 305, 307 и 309, соответственно, способствуют получению фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2. Как правило, мелкие выходные потоки при просеивании 370, 372 могут быть грубее мелких выходных потоков при просеивании 360, 362, соответственно, при процессах просеивания 305 и 307, и могут быть получены из различных грохотов при той же операции просеивания. Как показано на фиг.2, мелкие выходные потоки при просеивании 374 из сит 309 способствуют фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2, но более грубое просеивание или верхние выходные потоки 332 и 333 при процессах просеивания 309 составляют грубую фракцию отрубей и зародыша 3. Фракция отрубей с низким содержанием золы и зародыша также может быть получена из потока 381, полученного при следующем процессе просеивания 313 после вальцовых мельниц 310, 311, или из потока 382, полученного при следующем процессе просеивания 314 после вальцовой мельницы 312.
Выходной поток 331 из последней установки гладких вальцов 308 входит в сито 309 с получением грубой фракции отрубей и зародыша 3. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения выходной поток 331 из последней установки гладких вальцов 308 может характеризоваться распределением размера частиц, которое примерно такое же или более грубое, чем распределение размера частиц грубой фракции отрубей и зародыша 3, и примерно таким же или более низким содержанием крахмала, чем фракция грубых отрубей и зародыша 3 из-за удаления более мелких частиц, таких как 374 через сито 309. Например, выходной поток 331 из гладкого вальца 308, который подают в сито 309, может характеризоваться распределением размера частиц, при котором по меньшей мере приблизительно 75 масс.% частиц характеризуется размером более чем или равным 500 микрон, менее чем или приблизительно 5 масс.% частиц характеризуется размером более чем 149 микрон, и приблизительно от 15 масс.% до приблизительно 25 масс.% частиц характеризуется размером более чем 500 микрон, но более чем или равным 149 микрон. Также, выходной поток 331 из гладкого вальца 309 может включать в себя, на твердой основе, крахмал в содержании от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 40 масс.% на основе общей массы выходного потока 331. Количество, присутствующего в выходном потоке 331 зародыша может быть приблизительно в таком же количестве относительно отрубей, что и в цельном зерне. Количество выходного потока 331 может быть от приблизительно 18 масс.% до приблизительно 37 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 20 масс.% до приблизительно 30 масс.% на основе общей массы фракции эндосперма 1, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 и грубой фракции отрубей и зародыша 3, или массы цельного зерна.
Более грубое просеивание, или верхние выходные потоки при процессе просеивания 309 могут быть одним потоком 3 или множеством потоков 332 и 333, которые могут быть получены расщеплением грубого внешнего выходного потока 3 ровно на два потока 332 и 333 для измельчения во множестве вальцов с зазорами согласно предпочтительному варианту осуществления.
Измельчение грубой фракции отрубей и зародыша
Сохраненная или возвращенная грубая фракция отрубей и зародыша 3, 332, 333 проходит дополнительное измельчение на множестве для существенного снижения песчанистости без значительного разрушения крахмала, присутствующего в грубой фракции при трении в машине или трении между частицами отрубей и частицами крахмала.
Как показано на фиг.1 и 2, измельчение грубой фракции отрубей и зародыша 3, 332, 333 с получением первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8 и второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340 включает в себя первую стадию измельчения 7 и вторую стадию измельчения 10, причем первая стадия измельчения включает в себя перемалывание при помощи столкновения частицы с частицей, а вторая стадия измельчения включает в себя измельчение путем механического уменьшения размера. При первой стадии измельчения измельчение может быть выполнено при помощи любого устройства, которое уменьшает размер частиц путем столкновения частицы с частицей, включая без ограничения вихревое перемалывание, воздушные классификаторы, струйные мельницы, вальцовые мельницы и мельницу «торнадо». При второй стадии измельчения измельчение может быть выполнено при помощи любого устройства, которое механически уменьшает размер частиц, такого как, например, молотковая мельница, конусная мельница, универсальная мельница или устройство Fitz mill. При первой стадии измельчения 7 получают и первую перемолотую грубую фракцию отрубей и зародыша 8, и перемолотую грубую фракцию первой стадии 9, 338. Перемолотую грубую фракцию первой стадии 9, 338 подвергали второй стадии измельчения 10 с получением второй перемолотой грубой фракции 11, 340. Первая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 8 являлась достаточно мелкой, поэтому ее не подвергали второй стадии измельчения 10.
Согласно другому варианту осуществления первая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 8 обычно может характеризоваться примерно таким же или слегка большим распределением размера частиц по сравнению со второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340. Также, первая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 8 обычно может характеризоваться большим содержанием крахмала и его количество обычно может быть больше, чем во второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340.
Согласно дополнительному варианту осуществления первая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 8 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором менее чем или 15 масс.%, предпочтительно, менее чем или 12 масс.%, наиболее предпочтительно 0 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №35 (500 микрон), и менее чем или приблизительно 40 масс.%, например, менее чем или приблизительно 35 масс.%, предпочтительно, менее чем или приблизительно 20 масс.%, наиболее предпочтительно, менее чем или приблизительно 10% или 5 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №70 (210 микрон). Также, согласно вариантам осуществления первая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 8 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором по меньшей мере приблизительно 75 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 85 масс.% частиц характеризуется размером менее чем или равным 149 микрон, и менее чем или приблизительно 15 масс.%. предпочтительно, менее чем приблизительно 5 масс.% частиц характеризуется размером более чем 250 микрон.
Первая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 8 может включать в себя, на твердой основе, крахмал в содержании от приблизительно 15 масс.% до приблизительно 45 масс.% на основе общей массы первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8. Количество зародыша в первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8 может быть приблизительно в таком же количестве относительно отрубей, что и в цельном зерне. Количество первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8 может быть от приблизительно 85 масс.% до приблизительно 97 масс.% на основе общей массы грубой фракции отрубей и зародыша.
Согласно еще одному варианту осуществления вторая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 11, 340 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором менее чем или 15 масс.%, предпочтительно, менее чем или 12 масс.%, наиболее предпочтительно 0 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №35 (500 микрон), и менее чем или приблизительно 40 масс.%, например, менее чем или приблизительно 35 масс.%, предпочтительно, менее чем или приблизительно 20 масс.%, наиболее предпочтительно, менее чем или приблизительно 5 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №70 (210 микрон). Также, согласно вариантам осуществления вторая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 11, 340 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором по меньшей мере 60 масс.%, например, по меньшей мере приблизительно 75 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 85 масс.% частиц характеризуется размером менее чем или равным 149 микрон, и менее чем или приблизительно 25 масс.%, например, менее чем или приблизительно 10 масс.%, предпочтительно, менее чем до приблизительно 5 масс.% частиц характеризуется размером более чем 250 микрон, и до приблизительно 25 масс.% частиц характеризуется размером более чем 149 микрон, но менее чем или равным 250 микрон.
Вторая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 11, 340 может включать в себя, на твердой основе, крахмал в содержании от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 40 масс.% на основе общей массы второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340. Количество зародыша во второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340 может быть приблизительно в таком же количестве относительно отрубей, что и в цельном зерне. Количество второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340 может быть от приблизительно 3 масс.% до приблизительно 15 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 5 масс.% до приблизительно 10 масс.% на основе общей массы грубой фракции отрубей и зародыша 3.
Согласно варианту осуществления перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 9, 338 первой стадии, хотя, она мельче, чем грубая фракция отрубей и зародыша, у ранее упомянутой фракции, как правило, может быть значительно большее распределение размера частиц по сравнению с обеими фракциями: первой перемолотой грубой фракцией отрубей и зародыша 8 и второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340. Также, перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 9, 338 первой стадии, как правило, может обладать более низким содержанием крахмала и его количество, как правило, может быть значительно меньшим, чем в первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8 из-за удаления более мелких частиц и эндосперма через сита 313 и 314 с получением первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8. Также, перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 9, 338 первой стадии, как правило, может обладать более низким содержанием крахмала и его количество, как правило, может быть примерно таким же или ниже по сравнению с содержанием во второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340 из-за удаления более грубых частиц отрубей через сито 316 для возвращения обратно на первую стадию измельчения 7.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 9, 338 первой стадии может характеризоваться распределением размера частиц, при котором от приблизительно 30 масс.% до приблизительно 60 масс.% частиц характеризуется размером более чем или равным 500 микрон, менее чем или приблизительно 10 масс.% частиц характеризуется размером более чем 149 микрон, и от приблизительно 30 масс.% до приблизительно 70 масс.% частиц характеризуется размером более чем 500 микрон, но более чем или равным 149 микрон.
Перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 9, 338 первой стадии может включать в себя, на твердой основе, крахмал в содержании от приблизительно 5 масс.% до приблизительно 25 масс.% на основе общей массы перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 9, 338 первой стадии. Количество зародыша в перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 9, 338 первой стадии может быть приблизительно в таком же количестве относительно отрубей, что и в цельном зерне. Количество перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 9,338 первой стадии может быть от приблизительно 3 масс.% до приблизительно 15 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 5 масс.% до приблизительно 10 масс.% на основе общей массы грубой фракции отрубей и зародыша 3.
Как показано на фиг.2, первая стадия измельчения 7 предпочтительно предусматривает измельчение грубой фракции отрубей и зародыша 3, 332 и 333 в одной или нескольких мельницах «столкновение частицы с частицей», предпочтительно, размещенных последовательно и/или параллельно друг другу при необходимости получения пропускаемости частиц. Согласно одному варианту осуществления пара вальцовых мельниц 310, 311 расположены параллельно друг другу и последовательно за третьей вальцовой мельницей 312. Пара параллельно расположенных вальцовых мельниц 310, 311 дают в результате первый выходной поток вальцовой мельницы 334 из первой вальцовой мельницы 310 и второй выходной поток вальцовой мельницы 335 из второй вальцовой мельницы 311, а третья вальцовая мельница дает третий выходной поток вальцовой мельницы 337. Первый и второй выходные потоки вальцовой мельницы 334, 335 могут быть просеяны при процессе просеивания 313 с получением входного потока 336 в третью вальцовую мельницу 312.
Третий выходной поток вальцовой мельницы 337 может быть просеян при процессе просеивания 314 с получением перемолотой грубой фракции первой стадии 9, 338. Просеивание при процессе просеивания 313 первого и второго выходных потоков вальцовых мельниц 334, 335, также как и просеивание 313 выходного потока 380, способствует получению первой перемолотой грубой фракции 8. Кроме того, просеивание при процессе просеивания 314 третьего выходного потока вальцовой мельницы 337, также как и просеивание 314 выходного потока 385, способствует получению первой перемолотой грубой фракции 8. Как показано на фиг.2, петлю рециркуляции вальцовой мельницы не использовали ни в одной из этих трех мельниц 310, 311, 312.
Как показано на фиг.1 и 2, вторая стадия измельчения 10 предпочтительно предусматривает измельчение перемолотой грубой фракции первой стадии 9, 338 в мельнице, которая уменьшает размер частиц механически, такой как ударная мельница, например, молотковая мельница, конусная мельница, устройство Fitz mill или, предпочтительно, универсальная мельница 10, 315, с получением второй перемолотой грубой фракции 11, 340. Выход продукции 339 из мельницы механического уменьшения размера 10, 315 необязательно может быть просеян при процессе просеивания 316 с получением второй перемолотой грубой фракции 11, 340, и необязательного рециркуляционного потока 390 для возврата частиц большего размера обратно в первую и вторую вальцовые мельницы 310, 311 первой стадии измельчения 7 для дополнительного измельчения. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения рециркуляционный поток 390 и процесс просеивания 316 могут не использоваться.
Каждый из потока грубой фракции отрубей и зародыша 322, который подают в вальцовую мельницу 310, и потока грубой фракции отрубей и зародыша 333, который подают в вальцовую мельницу 311, могут характеризоваться распределением размера частиц, при котором по меньшей мере приблизительно 75 масс.% частиц характеризуется размером более чем или равным 500 микрон, менее чем или приблизительно 5 масс.% частиц характеризуется размером более чем 149 микрон, и приблизительно от 15 масс.% до приблизительно 25 масс.% частиц характеризуется размером более чем 500 микрон, но более чем или равным 149 микрон. Каждый из двух потоков 322 и 333 также может включать в себя, на твердой основе, крахмал в содержании от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 40 масс.%, и золу в содержании выше 2 масс.% на основе общей массы потока 322 или 333. Количество зародыша в каждом потоке 332, 333 может быть приблизительно в таком же количестве относительно отрубей, что и в цельном зерне. Количество каждого потока грубой фракции отрубей и зародыша 322, 333 может быть приблизительно половиной количества, которое дано для грубой фракции отрубей и зародыша 3, которое было от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 37 масс.%, например, от приблизительно 22 масс.%  до приблизительно 28 масс.% на основе общей массы фракции эндосперма 1, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 и грубой фракции отрубей и зародыша 3, или массы цельного зерна.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения каждый из первого выходного потока вальцовой мельницы 334 и второго выходного потока вальцовой мельницы 335 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором от приблизительно 5 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 40 масс.% частиц характеризуется размером более чем или равным 500 микрон, от приблизительно 30 масс.% до приблизительно 70 масс.%, предпочтительно, до приблизительно 60 масс.% частиц характеризуется размером более чем 149 микрон, и от приблизительно 5 масс.% до приблизительно 30 масс.% частиц характеризуется размером более чем 500 микрон, но более чем или равным 149 микрон, и содержанием крахмала от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 40% по массе крахмала. Также, количество каждого потока грубой фракции отрубей и зародыша 322, 333 может быть приблизительно половиной количества грубой фракции отрубей и зародыша 3.
Как правило, входной поток 336 в третью вальцовую мельницу 312 может содержать частицы более грубого размера и более низкое содержание крахмала, чем в первом и втором выходном потоке вальцовых мельниц 334 и 335, поскольку более мелкие частицы были удалены процессами просеивания 313 в виде потока 380 с получением первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения входной поток 336 в третью вальцовую мельницу 312 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором от приблизительно 40 масс.% до приблизительно 70 масс.% частиц характеризуется размером более чем или равным 500 микрон, от приблизительно 0 масс.% до приблизительно 10 масс.% частиц характеризуется размером более чем 149 микрон, и от приблизительно 25 масс.% до приблизительно 55 масс.% частиц характеризуется размером более чем 500 микрон, но более чем или равным 149 микрон, и содержанием крахмала от приблизительно 5 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 30 масс.% крахмала на основе общей массы входного потока 336. Также, количество третьего входного потока 336 вальцовой мельницы 312 может быть от приблизительно 6 масс.% до приблизительно 30 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 20 масс.% на основе общей массы грубой фракции отрубей и зародыша 3.
Как правило, третий выходной поток 337 вальцовой мельницы может содержать частицы более мелкого размера и более высокое содержание крахмала, чем в перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 9, 338 первой стадии, которую вводили в мельницу для механического уменьшения размера 315, поскольку более мелкие были удалены процессом просеивания 314 в виде потока 385 с получением первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8 объединением с потоком 380 из потока 313. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения третий выходной поток вальцовой мельницы 337 могут характеризоваться распределением размера частиц, при котором приблизительно от 5 масс.% до приблизительно 25 масс.%, предпочтительно, до приблизительно 20 масс.% частиц характеризуется размером более чем или равным 500 микрон, от приблизительно 25 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 30 масс.% до приблизительно 60 масс.% частиц характеризуется размером более чем 149 микрон, и приблизительно от 45 масс.% до приблизительно 65 масс.% частиц характеризуется размером более чем 500 микрон, но более чем или равным 149 микрон, и содержанием крахмала от приблизительно 5 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 30% по массе крахмала на основе общей массы выходного потока 337. Также, количество третьего выходного потока вальцовой мельницы 337 может быть от приблизительно 6 масс.% до приблизительно 30 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 20 масс.%, на основе общей массы грубой фракции отрубей и зародыша 3.
Выходной поток 339 из мельницы для механического уменьшения размера 315 перед процессом просеивания 316 обычно может характеризоваться более грубым распределением размера частиц и более низким содержанием крахмала, чем вторая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 11, 340, и объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша 12, 341a, 341b, и стабилизированная объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша 15, 344, 345 и стабилизированная мука из цельного зерна из-за выходного потока мельницы для механического уменьшения размера 339 могут содержать грубые отруби повторного использования в вальцовых мельницах первой стадии измельчения 7. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения выходной поток 339 из мельницы для механического уменьшения размера 315 перед просеиванием 316 с получением второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340, может характеризоваться содержанием крахмала от приблизительно 5 масс.% до приблизительно 25 масс.%, и распределением размера частиц, при котором по меньшей мере приблизительно 25 масс.%, например, по меньшей мере приблизительно 55 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 60 масс.%, более предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 65 масс.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 75 масс.%, например, по меньшей мере приблизительно 85 масс.% частиц характеризуется размером менее чем или равным 149 микрон, и менее чем или равным приблизительно 10 масс.%, предпочтительно, менее чем приблизительно 5 масс.% частиц характеризуется размером более чем 250 микрон, и до приблизительно 45 масс.% частиц характеризуется размером более чем 149 микрон, но менее чем или равным 250 микрон. Также, количество выходного потока мельницы для механического уменьшения размера 339 может быть от приблизительно 3 масс.% до приблизительно 15 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 5 масс.% до приблизительно 10 масс.% на основе общей массы грубой фракции отрубей и зародыша 3.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения выходной поток мельницы для механического уменьшения размера 390 из сита 316 обратно в вальцовые мельницы 310, 311 может характеризоваться распределением размера частиц, при котором по меньшей мере приблизительно 85 масс.% частиц характеризуются размером более 475 микрон, например, по меньшей мере приблизительно 95 масс.% частиц характеризуются размером более 500 микрон.
Согласно предпочтительному варианту осуществления может быть использована коммерчески доступная вальцовая мельница, такая как Bauermeister Gap Mill (Bauermeister, Inc., Memphis, Term,). Вальцовая мельница Bauermeister сконструирована для тонкого помола и включает в себя регулируемую размольную щель между ротором конической формы и тупыми рифлями. Грубая фракция отрубей и зародыша 6, 332, 333 может непрерывно подаваться на конвейере во входное отверстие вальцовых мельниц 310, 311, и фракция 336 из сита 313 может непрерывно подаваться на конвейере во входное отверстие вальцовой мельницы, и грубые фракции 334, 335 и 337 затем могут быть выгружены со дна вальцовых мельниц под действием силы тяжести.
Согласно предпочтительному варианту осуществления может быть использована коммерчески доступная универсальная мельница, такая как Bauermeister Universal Mill (Bauermeister, Inc., Memphis, Term,). Универсальная мельница Bauermeister мельница сконструирована для максимальной гибкости перемалывания для тонкого и ультратонкого измельчения частиц с взаимозаменяемыми элементами измельчения при способности измельчения в диапазоне 325 меш (44 микрон) и ниже, и емкостью более 30 тонн в час. Используемые необязательные элементы измельчения представляют собой турбинную мешалку для эффективного измельчения до тонкости высокой степени, штифтовую мельницу для тонкого измельчения материалов с высоким содержанием жира, штифтовую дисковую мельницу для в некоторой степени более грубого измельчения и материал, содержащий жесткие и крупные частицы, крестообразную мельницу для измельчения от грубого до среднего размера, и циклическую систему сит, которые доступны с различными грохотами различных размеров и дробилками. Грубая фракция отрубей и зародыша первой стадии 9, 338 может непрерывно подаваться на конвейере во входное отверстие универсальной мельницы, и грубая фракция 11, 339 затем может быть выгружена из стороны выгрузки универсальной мельницы для необязательного просеивания 316.
Объединение фракций отрубей
Как показано на фиг.1 и 2, вторая перемолотая грубая фракция отрубей и зародыша 11, 340, может быть объединена в традиционном устройстве смешивания и транспорта, таком как шнековый конвейер 400, с тонкой фракцией отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 и первой перемолотой грубой фракцией отрубей и зародыша 8 с получением объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12. Объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша 12 может быть расщеплена для гидратации во множестве гидраторов, предпочтительно примерно ровно на два потока объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 341a, 34lb для гидратации в параллельных гидраторах 317, 318.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения каждую из трех фракций отрубей 2, 8 и 11, которые объединяли с получением объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12, предпочтительно получили приблизительно с таким же распределением размера частиц мелких частиц. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша 12, 341a, 34lb может характеризоваться распределением размера частиц, при котором менее чем или 15 масс.%, предпочтительно, менее чем или равным 12 масс.%, наиболее предпочтительно, 0 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №35 (500 микрон), и менее чем или приблизительно 40 масс.%, например, менее чем или приблизительно 35 масс.%, предпочтительно, менее чем или приблизительно 20 масс.%, наиболее предпочтительно, менее чем или приблизительно 10 масс.% частиц проходит через стандартное сито США №70 (210 микрон). Также, согласно вариантам осуществления объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша 12, 341a, 34lb может характеризоваться распределением размера частиц, при котором по меньшей мере приблизительно 65 масс.%, например, по меньшей мере приблизительно 75 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 85 масс.% частиц характеризуется размером менее чем или равным 149 микрон, и менее чем или приблизительно 15 масс.%, например, менее чем или приблизительно 10 масс.%, предпочтительно, менее чем до приблизительно 5 масс.% частиц характеризуется размером более чем 250 микрон, и до приблизительно 40 масс.%, например, до приблизительно 25 масс.% частиц характеризуется размером более чем 149 микрон, но менее чем или равным 250 микрон.
Объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша 12, 341a, 34lb может включать в себя, на твердой основе, крахмал в содержании от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 60 масс.%, например, от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 45 масс.% на основе общей массы объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12, 341a, 34lb. Количество зародыша, присутствующего во второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340 может быть приблизительно в таком же количестве относительно отрубей, что и в цельном зерне. Количество объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12, 341a, 341b может быть от приблизительно 20 масс.% до приблизительно 40 масс.%, обычно, от приблизительно 25 масс.% до приблизительно 40 масс.%, предпочтительно, от приблизительно 31 масс.% до приблизительно 40 масс.%, наиболее предпочтительно, от приблизительно 32 масс.% до приблизительно 35 масс.%, на основе общей массы фракции эндосперма 1, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 и грубой фракции отрубей и зародыша 3, или массы цельного зерна.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша после гидратации 13, 342, 343 и стабилизированная объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша 15, 344, 345, 346 могут характеризоваться распределением размера частиц, содержанием крахмала и количествами, как и в объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша перед гидратацией 12, 341a, 341b.
Гидратирование эндосперма и объединенной фракции отрубей и зародыша
Согласно одному аспекту настоящего изобретения срок годности муки из цельного зерна может быть увеличен и улучшенная функциональность муки может быть получена гидратированием и охлаждением в течение перемалывания или получения муки. Мука из цельного зерна характеризуется повышенным содержанием свободной жирной кислоты (FFA) вследствие высокого липидного содержания и ферментной активности, такой как липаза. Более высокая температура хранения ускоряет увеличение образования свободных жирных кислот. Увеличенное количество FFA окисляет муку или отрубной компонент в течение хранения и дает в результате нежелательный прогорклый привкус и, таким образом, сокращает срок годности муки. Мука из цельного зерна также характеризуется более низким содержанием влаги (11% или ниже) по сравнению с очищенной мукой, которая, как правило, характеризуется содержанием влаги от 13 масс.% до 14 масс.% вследствие дополнительного измельчения отрубного вещества. Пониженное содержание влаги отрицательно влияет на муку из цельного зерна или отрубной компонент в двух аспектах: 1) это увеличивает окисление FFA; и 2) это меняет функциональность муки.
Согласно варианту осуществления содержание влаги в муке из цельного зерна (полученной из темперированной или не темперированной муки) может быть увеличено, например, от 10 масс.% до 14 масс.% с целью существенного понижения окисления FFA и улучшения функциональности для получения мучного продукта. Повышенное содержание влаги в муки также улучшает эффективность процесса инактивации фермента и понижает возможность образования FFA в течение хранения муки. Мука из цельного зерна, полученная при процессе гидратации согласно настоящему изобретению, характеризуется улучшенным сроком годности и функциональностью. Также, согласно другим вариантам осуществления охлаждение муки в течение перемалывания до температуры менее чем приблизительно 90°F помогает поддерживать FFA в муке менее чем приблизительно 2500 ppm по меньшей мере в течение 30 дней для дополнительного улучшения стабильности муки из цельного зерна.
Например, мука из цельного зерна, при пониженном и не пониженном содержании фермента, при гидратировании муки до содержания влаги выше 13 масс.%, окисление (определенное при помощи гексанального получения) практически не происходит. Также, например, при повышении содержания влаги в муке от 11 масс.% до 14 масс.%, активность липазы понижается от 110 ед/г/ч до 70 ед/г/ч в течение последующего процесса инактивации фермента. Кроме того, если температуру муки охладить до 90°F или ниже, предпочтительно, до 85°F или ниже, FFA муки будет сохраняться ниже чем 2500 ppm по меньшей мере в течение 30 дней. Также, увеличение печенья в объеме при выпечке возрастает при конечной влажности муки из цельного зерна, что обозначает, что качество муки улучшено для выпекания печенья.
Тем не менее, при гидратировании фракции эндосперма с целью увеличения стабильности муки из цельного зерна, фракция эндосперма сбивается в комки. При гидратировании фракции отрубей и зародыша отдельно с обеспечением необходимого конечного содержания влаги в муке из цельного зерна может быть необходимо избыточно высокое содержание воды для фракции отрубей и зародыша в связи с большим количеством эндосперма или размером фракции эндосперма по сравнению с количеством фракции отрубей и зародыша. Гидратирование фракции отрубей зародыша избыточно высоким количеством может вызывать комкообразование или может отрицательно влиять на эффективность стабилизации для инактивации липазы и липоксигеназы или может ускорять образование свободных жирных кислот. Соответственно, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения гидратация и фракции эндосперма, и одной или нескольких фракций отрубей и охлаждение могут быть использованы с целью достижения содержания влаги в муке из цельного зерна для длительного хранения без отрицательного влияния на срок хранения, избегания комкования фракции и фракции отрубей и зародыша.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения для получения стабилизированной муки из цельного зерна и продлевания срока годности стабилизированной муки из цельного зерна без существенного повреждения крахмала цельное зерно могут подвергать множеств у процессов разбивания и просеивания и процессам измельчения с получением фракции эндосперма. Фракция эндосперма может быть гидратирована распылением при смешивании с влагой, содержание которой достаточно низкое, чтобы избегать комкования фракции эндосперма. Гидратированная фракция эндосперма может быть объединена со стабилизированной гидратированной тонкой фракцией отрубей и зародыша с достаточно высоким содержанием влаги, так что полученная стабилизированная мука из цельного зерна характеризуется содержанием влаги от 10 масс.% до 14,5 масс.%, предпочтительно, от 12 масс.% до 14 масс.%, более предпочтительно, от 12,5 масс.% до 13,5 масс.% на основе массы стабилизированной муки из цельного зерна.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения фракция эндосперма 1 или поток 4, 347, могут быть гидратированы с получением содержания влаги во фракции эндосперма от 10 масс.% до 14,5 масс.%, предпочтительно, от 12 масс.% до 14 масс.%, более предпочтительно, от 12,5 масс.% до 13,5 масс.% на основе общей массы фракции эндосперма перед объединением со стабилизированной объединенной тонкой фракцией отрубей и зародыша 15, 344, 345.
Как показано на фиг.2, гидратирование фракции эндосперма 1, 4 может быть проведено в гидраторе 20. Гидратор 20 может представлять собой традиционный сосуд непрерывного действия, такой как смеситель непрерывного действия, или вращающий барабан для распыления и перемешивания фракции эндосперма 1,4 с получением, в основном, гомогенно гидратированной фракции эндосперма 22.
Как показано на фиг.2, согласно предпочтительным вариантам осуществления гидратирование тонкой фракции отрубей и зародыша может быть проведено во множестве гидраторов 317, 318. Гидраторы могут представлять собой традиционные сосуды непрерывного действия, такие как смесители непрерывного действия, или вращающие барабаны для распыления и перемешивания объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12, 341a, 341b с получением, основном, гомогенно гидратированной объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 13, 342, 343. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения потоки объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12, 341a, 34lb могут быть гидратированы до такой степени, при которой гидратированные объединенные тонкие фракции отрубей и зародыша 13, 342, 343 характеризуются содержанием влаги от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 20 масс.% на основе общей массы гидратированной тонкой фракции отрубей и зародыша 13, 342, 343 перед стабилизацией.
Как показано на фиг.2, согласно предпочтительным вариантам осуществления стабилизированная гидратированная тонкая фракция отрубей и зародыша 15, 344, 345 может быть охлаждена в установке для охлаждения отрубей и зародыша 321 до температуры менее чем приблизительно 90°F, предпочтительно, менее чем приблизительно 85°F, перед объединением с гидратированной фракцией эндосперма 347. Охлаждающий элемент 321 может представлять собой традиционное охлаждающее устройство непрерывного действия, такое как кожухотрубный теплообменный аппарат или обшитый смеситель непрерывного действия, или туннельный охладитель.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения фракция эндосперма 1,4 может быть охлаждена в охлаждающем эндосперм элементе 24 до температуры менее чем приблизительно 90°F, предпочтительно, менее чем приблизительно 85°F, с получением охлажденной фракции эндосперма 26, 347 перед объединением со стабилизированной гидратированной тонкой фракцией отрубей и зародыша 15, 344, 345. Охлаждающий эндосперм элемент 24 может представлять собой традиционное охлаждающее устройство непрерывного действия, такое как кожухотрубный теплообменный аппарат или обшитый смеситель непрерывного действия, или туннельный охладитель.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения гидратированная фракция эндосперма 22, 347 и стабилизированная гидратированная тонкая фракция отрубей и зародыша 15, 344, 345 могут быть отдельно охлаждены, а затем объединены, или они могут быть смешаны вместе, а затем охлаждены до температуры менее чем приблизительно 90°F, предпочтительно, менее чем приблизительно 85°F, с получением стабилизированной гидратированной муки из цельного зерна 17, 348 с более длительным сроком годности.
Стабилизация объединенной фракции отрубей и зародыша
Согласно различным вариантам осуществления изобретения, стабилизация грубой фракции отрубей и зародыша 3, 6, 332, 333 с целью инактивации липазы и липоксигеназы может быть проведена перед, в течение или после стадий перемалывания или измельчения грубой фракции отрубей и зародыша 3, 6, 332, 333. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения стабилизация может представлять собой любую комбинацию инактивации, предпочтительно, инактивацию нагреванием перед, в течение или после стадий перемалывания или измельчения. Предпочтительно, стабилизацию или инактивацию проводят после измельчения грубой фракции 3, 6, 332, 333. Стабилизацию наиболее предпочтительно проводили с объединенной тонкой фракцией отрубей и зародыша 12, 341a, 34lb, которую получали объединением тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2, первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8 и второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340, и стабилизацию или инактивацию предпочтительно проводили при помощи нагревания. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения стабилизация может быть проведена перед, после, в течение или без гидратации фракции отрубей и зародыша. Согласно предпочтительным вариантам осуществления стабилизацию проводили после гидратации объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12, 341a, 34lb, или после гидратации объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 13, 342, 343.
Независимо от времени проведения, стабилизация грубой фракции может быть достигнута путем нагревания грубой фракции при температурных условиях, содержании влаги и времени обработки, которые достаточны для по меньшей мере существенной инактивации липазы, и более легкой интактивации липоксигеназы. Содержание влаги в грубой фракции в течение стабилизации при тепловой обработке предпочтительно должно быть достаточно высоким, чтобы избежать значительного образования акриламида. Полагают, что образование акриламида происходит в результате распада Штеккера аспарагина и метионина в присутствии дикарбонильных продуктов для окрашивания в коричневый цвет при реакции Майяра. Также полагают, что высокое содержание влаги ингибирует образование акриламида, поскольку вода является более нуклеофильной, чем аспарагин, и она снижает активность первичной аминогруппы аспарагина. Более низкие температуры стабилизации и более короткое время стабилизации также приводит к более низкому образованию акриламида. Тем не менее, увеличение содержания влаги объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12, 341a, 34lb в течение стабилизации для снижения образования акриламида, увеличивает желатинизацию крахмала или может требовать избыточной сушки после стабилизации для снижения риска образования плесени. Содержание влаги в объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12, 341a, 341b в течение стабилизации не должно быть настолько высоким, чтобы привести к избыточной желатинизации крахмала или к необходимой избыточной сушке для получения содержание влаги, пригодной для длительного хранения. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения содержание влаги объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12, 341a, 34lb, которую подвергали стабилизации, могут быть от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 20 масс.% на основе общей массы гидратированной тонкой фракции отрубей и зародыша перед стабилизацией.
В течение стабилизации является предпочтительным, если грубая фракция не получает и не теряет влаги. Согласно вариантам осуществления в течение стабилизации фракция может терять от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 70 масс.% влаги, например, от приблизительно 15 масс.% до приблизительно 25 масс.% влаги. Согласно другим вариантам осуществления грубая фракция может получать влагу в том же количестве в результате введения потока на протяжении всего процесса стабилизации. Тем не менее, потеря влаги и получение влаги могут быть под контролем при помощи известного способа, поэтом у содержание влаги во фракции в течение стабилизации находится в пределах необходимого диапазона для контроля получения акриламида, желатинизации и требований сушки, и липазной активности, и предпочтительно такого, которого достаточно для того, чтобы при объединении с гидратированным эндоспермом полученная стабилизированная мука из цельного зерна 17 характеризовалась содержанием влаги от 10 масс.% до 14,5 масс.%, предпочтительно, от 12 масс.% до 14 масс.%, более предпочтительно, от 12,5 масс.% до 13,5 масс.% на основе массы стабилизированной муки из цельного зерна 17.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения содержание влаги во фракции отрубей может быть контролируемо темперированием зерен, например, внешние части были смочены без существенного смачивания их внутренних частей. Способы темперирования, которые могут быть использованы для проведения смачивания поверхности или отрубей, включают в себя пропитывание цельных зерен в течение ограниченных периодов времени, например, в ванне или чане. Согласно другим вариантам осуществления на поверхность цельного зерна могут распылять воду и темперировать. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может быть использовано время темперирования от приблизительно 10 минут до приблизительно 24 часов. Темперирование зерен в течение более длительного периода нежелательно, поскольку это может привести к глубокому проникновению воды в зерно со смачиванием его внутренней части.
Согласно другим вариантам осуществления одна или несколько фракций отрубей и зародыша, предпочтительно, объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша, вместо или вдобавок к цельному зерну, может быть смочена для того, чтобы получит необходимое содержание влаги в объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша. Гидратация после перемалывания иди после измельчения объединенного тонкого содержания отрубей и зародыша является предпочтительной в течение темперирования цельного зерна.
Как правило, зерновка природного цельного зерна содержат влагу от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 14,5 масс.%. Соответственно, темперирование или гидратация после измельчения могут быть необязательными и могут использоваться при необходимости. Соответственно, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения смачивание или темперирование цельного зерна или смачивание фракции отрубей и зародыша для получения необходимого содержания влаги для стабилизации могут не требоваться или не применяться.
Поскольку более низкие температуры стабилизации и более короткое время стабилизации способствуют понижению образования акриламида, желатинизации крахмала, помогают избежать разрушения витаминов и антиоксидантов, при более низких температурах снижается количество липазы и липоксигеназы, которые разрушаются. Согласно вариантам настоящего изобретения температура стабилизации может составлять от приблизительно 100°C до приблизительно 140°C, предпочтительно, от приблизительно 115°C до приблизительно 125°C. Температура стабилизации может быть определена при помощи термощупа, располагаемого по центру в массе обрабатываемой грубой фракции. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения время тепловой обработки может составлять от приблизительно 0,25 минут до приблизительно 12 минут, предпочтительно, от приблизительно 1 минуты до приблизительно 7 минут, как правило, более длительная обработка проводится при более низких температурах и более низком содержании влаги.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения температура стабилизации и время стабилизации, а также содержание влаги могут контролироваться таким образом, чтобы желатинизация крахмала в результате проведения стабилизации в стабилизированной грубой или перемолотой грубой фракции или отрубном компоненте составляла менее чем приблизительно 25%, предпочтительно, менее чем приблизительно 10%, наиболее предпочтительно, менее чем приблизительно 5%, как измерено дифференциальной сканирующей калориметрией (DSC). Низкая степень желатинизации крахмала и низкая степень повреждения крахмала согласно настоящему изобретению проиллюстрирована энтальпией плавления крахмала более чем приблизительно 4 Дж/г, предпочтительно, более чем приблизительно 5 Дж/г на основе общей массы крахмала в стабилизированном отрубном компоненте или перемолотой грубой фракции, как было определено дифференциальной сканирующей калориметрией (DSC) при пике температуры от приблизительно 65°C до приблизительно 70°C. Согласно вариантам осуществления стабилизированный отрубной компонент может характеризоваться энтальпией плавления крахмала более чем приблизительно 2 Дж/г на основе общей массы стабилизированной перемолотой грубой фракции, как измерено дифференциальной сканирующей калориметрией (DSC) при пике температуры от приблизительно 60°C до приблизительно 65°C. Как правило, желатинизация крахмала происходит, если: a) в достаточном количестве добавляют воду, как правило, по меньшей мере приблизительно 30 масс.% на основе общей массы крахмала, и смешивают с крахмалом и, b) температуру крахмала повышают до по меньшей мере приблизительно 80°C (176°F), предпочтительно, 100°C (212°F) или выше. Температура желатинизации зависит от количества воды, применимой для взаимодействия с крахмалом. Как правило, чем ниже количество используемой воды, тем выше температура желатинизации. Желатинизация может быть определена как разрушение (деструкция) молекулярной структуры гранул крахмала, заключающееся в необратимых изменениях свойств, таких как набухание гранулы, плавление нативного кристалла, потеря двулучепреломления и растворимости крахмала. Температура начала стадии желатинизации и пределы температуры, выше которой она происходит, зависят от концентрации крахмала, способа измерения, типа гранул и гетерогенности измеряемых гранул. Склеивание представляет собой феномен второй стадии, следующей за первой стадией желатинизации разрушения крахмала. Оно включает в себя увеличение набухания гранул, выделение молекулярных компонентов (то есть амилозы, затем амилопектина) из гранул и в итоге полное разрушение гранул. См. Atwell et al. «The Terminology And Methodology Associated With Basic Starch Phenomena)), Cereal Foods World, Vol.33, No. 3, pgs.306-311 (March 1988).
Низкая степень желатинизации крахмала и небольшое количество поврежденного крахмала из-за трения во время измельчения может быть измерено с использованием способности удерживать растворитель карбонат натрия-вода (SRC карбонат натрия). Способность удерживать растворитель (SRC) может быть измерена смешиванием образца ингредиента или компонента, такого как стабилизированная измельченная грубая фракция или отрубной компонент, и ли стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна с массой (A), например, приблизительно 5 г, с большим избытком воды или другого растворителя, такого как водный раствор карбоната натрия например, 5 масс.% карбоната натрия) и центрифугированием смеси растворитель-мука. Затем жидкий супернатант может быть декантирован и образец может быть взвешен с получением массы центрифугированного влажного образца (B), причем показатель SRC рассчитывают по следующей формуле: показатель SRC=((BA)/A))×100. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения стабилизированная измельченная или размолотая грубая фракция или отрубной компонент могут обладать способностью удерживать растворитель карбонат натрия-вода (SRC карбоната натрия) менее чем приблизительно 200%, предпочтительно, менее чем приблизительно 180%.
1
2
Хотя желатинизация крахмала, образование акриламида и разрушение витаминов и антиоксидантов по существу ограничены, стабилизация нагреванием и контроль содержания влаги приводит к неожиданно высокой инактивации липазы и липоксигеназы для муки из цельного зерна и отрубных компонентов с частицами очень небольшого размера. Считается, что два этих компонента главным образом ответственны за катализированную ферментами прогорклость муки из цельного зерна. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения стабилизированный отрубной компонент, который включает в себя измельченную или размолотую прошедшую тепловую обработку грубую фракцию, может характеризоваться липазной активностью менее чем приблизительно 3, предпочтительно, менее чем приблизительно 2, наиболее предпочтительно, менее чем приблизительно 1 микромоль бутирата свободной кислоты, образованного за час на 0,1 грамма стабилизированного отрубного компонента или стабилизированной измельченной или размолотой грубой фракции по влажному или сухому веществу. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения такое снижение активности липазы может составлять от приблизительно 4 до 6 микромоль бутирата свободной кислоты, образованного за час на 0,1 грамма нестабилизированного отрубного компонента или нестабилизированной измельченной фракции, или снижение активности липазы по меньшей мере приблизительно на 25%. Наиболее предпочтительно, если активность и липазы, и липоксигеназы полностью инактивирована. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть использованы известные аналитические методики для определения свойств или характеристик муки из цельного зерна и отрубного компонента, таких как содержание акриламида, липазная активность, энтальпия, SRC, содержание свободных жирных кислот и содержание гексаналя. Используемые в настоящем описании известные аналитические методики раскрыты в публикации патентной заявки США №20070292583, и в публикации международной патентной заявки WO/2007/149320, каждая от Haynes et al, раскрытие каждой из которых включено в описание посредством ссылки во всей их полноте. Согласно предпочтительным вариантам осуществления липазную активность предпочтительно определяли с применением флюоресцентного способа, который является очень чувствительным способом определения липазной активности, при котором гептаноиловые сложные эфиры 4-метилумбеллиферона (7-гидрокси-4-метилкумарин или 4-MU) служат в качестве флуорогенных субстратов для липазы. С применением такого способа стабилизированная мука из цельного зерна согласно настоящему изобретению может характеризоваться липазной активностью менее чем приблизительно 250 единиц/грамм/час, предпочтительно, менее чем приблизительно 100 единиц/грамм/час стабилизированной муки из цельного зерна, где единица представляет собой число микромолей (мкмольоль) 4-метилумбеллиферилгептаноата (4-MUH), гидролизируемого грамм в час в стабилизированной муке из цельного зерна. Также, с применением такого способа стабилизированный отрубной компонент по настоящему изобретению может содержать приблизительно 250 единиц/грамм/час стабилизированной объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша, где единица представляет собой число микромолей (lam) 44-метилумбеллиферилгептаноата (4-MUH), гидролизируемого грамм в час стабилизированной объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша. Также, содержание акриламида может быть ограничено до менее чем или приблизительно 150 ppb, предпочтительно, менее чем или приблизительно 100 ppb на основе общей массы стабилизированного отрубного компонента или стабилизированной грубой фракции. Природные антиоксиданты сохраняются, поэтому стабилизированная грубая фракция может характеризоваться антиоксидантной способностью, захватывая свободные радикалы, равную не менее чем приблизительно 150 микромоль эквивалентов Trolox на грамм. Сохранение витаминов, таких как витамины E, B и B, может составлять по меньшей мере приблизительно 80 масс.% на основе содержания витамин в отрубном компоненте перед стабилизацией.
Используемые согласно определенным аспектам настоящего изобретения способы стабилизации и гидратации могут быть выполнены без существенного или без любого изменения распределения размера частиц фракции или компонента, подвергаемого стабилизации или гидратации.
Стабилизация может быть проведена периодически, полунепрерывно или непрерывно, предпочтительным является последний вариант. Для нагревания грубой фракции с целью ее стабилизации могут быть использованы известные резервуары для нагревания, такие как варочный прибор периодического действия, смесители, вращающиеся барабаны, смесители непрерывного действия и экструдеры. Приборы для нагревания могут представлять собой емкости, снабженные обогревающей или охлаждающей рубашкой для внешнего контроля температуры стабилизации и/или соплами для инжекции пара для прямой инжекции влаги и тепла в грубую фракцию. Согласно другим вариантам осуществления для нагревания грубой фракции отрубей с целью ее стабилизации может быть использовано инфракрасное излучение (IR) или энергия. Согласно предпочтительному варианту осуществления для стабилизации фракции непрерывным способом используют стабилизатор Bepex, изготовленный Bepex, или варочный прибор для отрубей Lauhoff, доступный от Lauhoff. Согласно вариантам осуществления, если измельчение или перемалывание проводили одновременно со стабилизацией нагреванием, могут быть использованы нагретые вальцы. Согласно таким вариантам осуществления температура и содержание влаги могут регулироваться в сторону увеличения показателей с целью сокращения времени стабилизации для соответствия требуемому времени измельчения с достижением целевого распределения размера частиц.
Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна или все задержанные или уловленные измельченные грубые фракции отрубей и зародыша могут быть стабилизированы или подвергнуты инактивации ферментов с применением пищевого стабилизирующего агента или только обработки или в комбинации с термической обработкой. Примеры пищевых стабилизирующих агентов, которые могут быть использованы в эффективных для стабилизации количествах, для стабилизации перед смешиванием грубой фракции отрубей и зародыша с тонкой фракцией эндосперма представляют собой пищевые щелочные бисульфаты, бисульфиты, метабисульфиты и метабисульфаты, такие как метабисульфит натрия, органические кислоты, такие как сорбиновая кислота, диоксид серы, цистеин, тиогликолевая кислота, глютатион, сульфид водорода, другие пищевые редуцирующие агенты и их смеси.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения фракция, прошедшая тепловую обработку, может быть охлаждена атмосферным воздухом. Согласно другим вариантам осуществления охлаждение измельченной или размолотой фракции отрубей и зародыша или отрубного компонента после тепловой обработки необязательно может контролироваться для дополнительной минимизации нежелательной желатинизации крахмала. Как правило, в стабилизированном отрубном компоненте никакой дальнейшей существенной желатинизации не происходит при температуре ниже приблизительно 60°C. Затем грубая фракция, прошедшая тепловую обработку, может быть охлаждена до комнатной температуры или температуры приблизительно 25°C. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения средняя скорость охлаждения для достижения температуры поверхности приблизительно 25°C может составлять от приблизительно 1°C/мин до приблизительно 3°C/мин.
Скорость охлаждения должна быть такой, чтобы минимизировать дополнительную желатинизацию крахмала в грубой фракции после тепловой обработки, но не должна быть слишком быстрой для того, чтобы при необходимости не противодействовать дополнительной инактивации липазы и LPO. Если нет необходимости в дополнительной инактивации липазы или LPO, то охлаждение может быть проведено быстрым снижением температуры грубой фракции, прошедшей тепловую обработку, до менее приблизительно 60°C.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения охладители, которые могут быть использованы в способах по настоящему изобретению, включают в себя охлаждающие туннели или туннельные охладители, через которые под силой тяжести или на конвейерном устройстве проходит грубая фракция, прошедшая тепловую обработку. В то время как грубая фракция, прошедшая тепловую обработку, проходит через устройство, охлажденный воздух может проходить над грубой фракцией или отрубным компонентом и через них. Затем отработанный охлаждающий воздух может быть собран или аспирирован, например, вытяжкой и дополнительно обработан в циклонном сепараторе. Предпочтительно, в охладителе охлаждающий воздух подается в различных областях по всей длине охлаждающего туннеля или туннельного охладителя. Предпочтительно, охлаждающий воздух проходит через охлаждающее устройство перед контактированием с грубой фракцией, прошедшей тепловую обработку, для достижения температуры ниже температуры воздуха, циркулирующего в помещении.
После охлаждения содержание влаги в грубой фракции, прошедшей тепловую обработку, необязательно может быть дополнительно снижено сушкой. Температура сушки предпочтительно составляет менее чем приблизительно 60°C, чтобы не допустить дополнительной желатинизации крахмала, происходящей во время процесса сушки. Согласно настоящему изобретению температура сушки может составлять от приблизительно 0°C до приблизительно 60°C. Тем не менее, сушка при комнатной температуре менее дорогостоящая по сравнению с сушкой при пониженной температуре и может предотвращать дополнительную желатинизацию крахмала в грубой фракции, прошедшей тепловую обработку, во время сушки. Сушку предпочтительно проводили в атмосфере с относительно низким содержанием влаги, и ее предпочтительно проводили при пониженном атмосферном давлении. В случае если при тепловой обработке, гидратации и необязательном охлаждении содержание влаги осталось в требуемых пределах, то нет необходимости в проведении стадии сушки.
Получение стабилизированной муки из цельного зерна
Стабилизированный отрубной компонент или стабилизированная объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша могут быть объединены с фракцией эндосперма с получением стабилизированной муки из цельного зерна, такой как стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна согласно настоящему изобретению. Стабилизированная мука из цельного зерна, например, стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна, содержит отруби, зародыш и эндосперм, где только часть эндосперма подвергал и тепловой стабилизации, но по меньшей мере значительную часть отрубей и зародыша подвергали стабилизации нагреванием, и значительную часть отрубей и зародыша не подвергали измельчению в мельнице. Стабилизированный отрубной компонент или стабилизированную объединенную тонкую фракцию отрубей и зародыша предпочтительно получают того же цельного зерна, из которого получали фракцию эндосперма. Тем не менее, согласно другим вариантам осуществления стабилизированный отрубной компонент или стабилизированная объединенная тонкая фракция отрубей и зародыша могут быть объединены или смешаны с фракцией эндосперма, которую получали или извлекали из различных источником зерна. Тем не менее, согласно каждому варианту осуществления стабилизированный отрубной компонент и фракцию эндосперма объединяли или смешивали с целью обеспечения стабилизированной муки из цельного зерна, которая содержит эндосперм, отруби и зародыш в одинаковых или в основном одинаковых относительных пропорциях, в которых они существуют в цельном зерне.
Стабилизированная фракция отрубей, которая включает в себя измельченную или перемолотую, обработанную теплом грубую фракцию, содержащую отруби, зародыш и крахмал, может быть смешана, объединена добавлена к фракции эндосперма с применением известного из уровня техники традиционного измерительного и смешивающего устройства с получением по меньшей мере, в основном, гомогенной стабилизированной муки из цельного зерна.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна может характеризоваться липазной активностью менее чем приблизительно 250 единиц/грамм/час, предпочтительно, менее чем приблизительно 100 единиц/грамм/час, стабилизированной муки из цельного зерна, где единица представляет собой число микромолей (мкмольоль) 4-метилумбеллиферилгептаноата (4-MUH), гидролизируемого грамм в час в стабилизированной муке из цельного зерна, или менее чем приблизительно 1,5, предпочтительно, менее чем приблизительно 1,25, наиболее предпочтительно, менее чем приблизительно 1 микромоль бутирата свободной кислоты, образованного за час на 0,1 грамма стабилизированной муки из цельного зерна по влажному или сухому веществу. Содержание акриламида стабилизированной муки из цельного зерна может быть менее чем приблизительно 45 ppb, предпочтительно, менее чем приблизительно 30 ppb на основе общей массы стабилизированной муки из цельного зерна. Стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна может обладать неожиданно низким содержанием свободных жирных кислот менее чем приблизительно 10 масс.% от общей массы липидов муки после одного месяца ускоренного хранения при 95°C, или менее чем приблизительно 3000 ppm на основе массы стабилизированной муки из цельного зерна. Стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна может обладать неожиданно низким содержанием гексаналя менее чем приблизительно 10 ppm после 1 месяца ускоренного хранения при 95°C на основе массы стабилизированной муки из цельного зерна.
Содержание влаги в стабилизированной муке из цельного зерна, например, стабилизированной пшеничной муке из цельного зерна, может составлять в пределах от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 14,5 масс.% на основе массы стабилизированной муки из цельного зерна, и активность воды может составлять менее чем приблизительно 0,7. Согласно вариантам осуществления, стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна может характеризоваться содержанием белка от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 14 масс.%, например, приблизительно 12 масс.%, содержанием жира от приблизительно 1 масс.% до приблизительно 3 масс.%, например, приблизительно 2 масс.%, и содержанием золы от приблизительно 1,2 масс.% до приблизительно 1,7 масс.%, например, приблизительно 1,5% по массе, все проценты приведены на основе массы стабилизированной муки из цельного зерна.
Стабилизированная мука из цельного зерна, например, стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна, может содержать существенную часть нежелатинизированного крахмала или по существу нежелатинизированного, поскольку он получен из тонкой фракции, которая не проходила стабилизацию нагреванием. Небольшая часть крахмала может быть частично желатинизированной в небольшой степени, поскольку она получена из прошедшей тепловую обработку грубой фракции или отрубного компонента. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения стабилизированная мука из цельного зерна, например, стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна, может характеризоваться низкой степенью желатинизации крахмала менее чем приблизительно 25%, предпочтительно, менее чем приблизительно 10%, наиболее предпочтительно, менее чем приблизительно 5%, как измерено дифференциальной сканирующей калориметрией (DSC). Энтальпия плавления крахмала, содержащегося в стабилизированной пшеничной муке из цельного зерна, может составлять более приблизительно 4 Дж/г, предпочтительно, более приблизительно 5 Дж/г на основе общей массы крахмала в стабилизированной муке из цельного зерна, как измерено дифференциальной сканирующей калориметрией (DSC) при пике температуры от приблизительно 65°C до приблизительно 70°C.
Стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна проявляет отличную функциональность при выпекании со способностью удерживать растворитель карбонат натрия-вода (SRC карбоната натрия) менее чем приблизительно 90%, предпочтительно, менее чем приблизительно 85%, более предпочтительно, менее чем приблизительно 82%, например, от приблизительно 70% до приблизительно 80%. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения печенье характеризуется объемом при выпекании по меньшей мере приблизительно 130% от первоначального диаметра изделия из теста перед выпеканием по измерению 10-53 стендовым методом AACC.
Раскрытые способы применимы к каждому и ко всем видам пшеницы. Без ограничения зерновка пшеницы может быть выбрана из зерновки мягкой/мягкой пшеницы и зерновки мягкой/твердой пшеницы. Они могут включать в себя зерновку белой или красной пшеницы, зерновку твердой пшеницы, зерновку мягкой пшеницы, зерновку озимой пшеницы, зерновку яровой пшеницы, зерновку пшеницы дурум или их комбинации. Примеры другого цельного зерна, которое может быть использовано в различных или конкретных вариантах осуществления или аспектах настоящего изобретения включают в себя, например, овес, кукурузу, рис, дикий рис, рожь, ячмень, гречку, булгар, просо, сорго и подобное, и смеси цельного зерна.
Раскрытые способы относятся к сырьевому веществу с улучшенной стабильностью и сроком хранения более одного месяца, например 2 месяца или более, в условиях ускоренного хранения для стабилизированного отрубного компонента или ингредиента и для стабилизированной муки из цельного зерна, например, стабилизированной пшеничной муки из цельного зерна. Более стабильный пищевой продукт может храниться до момента прогорклости при аналогичных условиях в течение более длительного периода времени по сравнению с менее стабильным пищевым продуктом. Наличие прогорклости может быть отслежено и измерено с использованием различных многочисленных способов, включая сенсорное тестирование (например, анализ вкуса и/или запаха), измерение уровня активности липазы или липоксигеназы, измерение уровня свободных жирных кислот и/или измерение уровня гексаналя.
Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения стабилизированный отрубной компонент или стабилизированная мука из цельного зерна, например, стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна, может быть объединена, добавлена или смешана с рафинированной пшеничной мукой с получением обогащенной муки, продукта или ингредиента, такого как обогащенная пшеничная мука. Продукт обогащенной пшеничной муки может содержать стабилизированный отрубной компонент ил и стабилизированную муку из цельного зерна, например, стабилизированную пшеничную муку из цельного зерна, в количестве от приблизительно 14 масс.% до приблизительно 40 масс.%, например, от приблизительно 20 масс.% до приблизительно 30 масс.% на основе общей массы продукта обогащенной муки, такого как продукт обогащенной пшеничной муки.
Стабилизированная мука из цельного зерна, например, стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна, может частично или полностью заменить рафинированную пшеничную муку или другую муку в различных пищевых продуктах. Например, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения по меньшей мере приблизительно 10 масс.%, максимально 100 масс.%, например, от приблизительно 30 масс.% до приблизительно 50 масс.% рафинированной пшеничной муки может быть замещено стабилизированной пшеничной мукой из цельного зерна с целью увеличения питательной ценности продуктов из рафинированной пшеничной муки с незначительным, если вообще каким-либо, ухудшением внешнего вида, текстуры, аромата или вкуса продукта.
Стабилизированные отрубные компоненты и продукты стабилизированного цельного зерна, например, продукты стабилизированного пшеничного цельного зерна, полученные по настоящему изобретению, могут быть упакованы, сохранены в стабильном состоянии и в дальнейшем или непосредственно сразу использованы для получения пищевых продуктов. Стабилизированные отрубные продукты и продукты муки готовы для дальнейшей переработки в готовые пищевые продукты посредством добавления воды и других подходящих пищевых ингредиентов, смешивания, формования и выпекания или обжарки и тому подобное. Тесто, содержащее стабилизированный отрубной компонент и муку из цельного зерна, такую как пшеничная мука из цельного зерна, может быть подвергнуто непрерывной машинной обработке, например раскатке, получению слоеного теста, формованию, экструдированию или коэкструдированию и нарезке в промышленном производстве. Готовые продукты из цельного зерна (например, бисквиты, печенье, крекеры, закуски в виде батончиков и тому подобное) характеризуются приятной текстурой с характерным вкусом цельного зерна.
Стабилизированные отрубные компоненты и стабилизированный продукты муки из цельного зерна, такие как стабилизированные продукты пшеничной муки из цельного зерна, полученные по настоящему изобретению, могут быть использованы для получения широкого ряда различных пищевых продуктов. Пищевые продукты включают в себя мучные пищевые продукты и продукты бисквитного типа, в частности, макаронные изделия, готовые к употреблению зерновые завтраки и сладости. Согласно одному варианту осуществления, пищевые продукты могут представлять собой хлебобулочные изделия или закусочные пищевые продукты. Хлебобулочные изделия могут включать в себя печенье, крекеры, основы для пиццы, основы для пирога, хлеб, бублики, крендельки, шоколадное пирожное с орехами, сдобные булочки, вафель, кондитерские изделия, пирожные, бездрожжевой хлеб, сладкие роллы, пончики, фруктовые и зерновые батончики, тортиллы и частично выпеченные хлебобулочные изделия. Закусочные пищевые продукты могут включать в себя чипсы и экструдированные, воздушные закуски. Пищевой продукт, в частности, может быть выбран из печенья, крекеров и зерновых хрустящих батончиков. Печенье может представлять собой продукт типа батончика, экструдированное, коэкструдированное, раскатанное и нарезанное, отформованное вращающейся формой, нарезанное струной печенье или печенье типа сэндвича. Примеры печенья, которое может быть получено, включают в себя сахарные вафли, печенье с фруктовым наполнителем, печенье типа шоколадных чипсов, сахарное печенье и тому подобное. Крекеры могут представлять собой крекеры из дрожжевого теста или крекеры из бездрожжевого теста, крекеры из муки грубого помола. Хлебобулочные изделия, полученные способами согласно настоящему изобретению, могут представлять собой полножирные или с пониженным содержанием жира, низкожирные или обезжиренные крекеры или печенья.
В дополнение к воде в ингредиенты печенья, крекеров и закусок может быть добавлена стабилизированная мука из цельного зерна, например, стабилизированная пшеничная мука из цельного зерна согласно настоящему изобретению, включая обогащенную пшеничную муку, растительный шортенинг, сахар, соль, высокофруктозный кукурузный сироп, разрыхлители, ароматизаторы и красители. Обогащенная пшеничная мука, которая может быть использована, включает в себя пшеничную муку, обогащенную ниацином, восстановленным железом, мононитратом тиамина и рибофлавином. Растительные шортенинги, которые могут быть использованы, включают в себя шортенинги, полученные из частично гидрогенизированного соевого масла. Разрыхлители, которые могут быть использованы, включают в себя фосфат кальция и пищевую соду. Красители, которые могут быть использованы, включают в себя растительные красители, такие как экстракт аннато и терпентин куркумы.
Тесто, полученное способами, раскрытыми в настоящем изобретении, включает в себя тесто, которое содержит различные комбинации указанных выше ингредиентов для печенья, крекеров и закусок. Согласно некоторым вариантам осуществления все указанные выше ингредиенты гомогенно смешаны с добавлением контролируемого количества воды для получения теста требуемой консистенции. Затем тесто может быть отформовано и выпечено или обжарено с получением продуктов с отличными показателями по содержанию влаги, геометрии, внешнему виду и текстуре.
Устройство
Как представлено схематически на фигурах 1 и 2, устройство для получения стабилизированного отрубного компонента или стабилизированной муки из цельного зерна без существенного повреждения крахмала может включать в себя множество вальцов драной вальцовой системы 300, 302, и гладких вальцов 304, 306, 308, и множество расположенных попеременно сит 301, 303, 305, 307, 309, последовательно за драной вальцовой системой и гладкими вальцами, с целью получения фракции эндосперма 1, тонкой фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2 и грубой фракции отрубей и зародыша 3. Множество вальцовых мельниц 310, 311, 312 на первой стадии измельчения использовали для измельчения грубой фракции отрубей и зародыша 3 с получением первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8 и второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 340. Множество вальцовых мельниц включает в себя пару вальцовых мельниц 310, 311, функционально соединенных и расположенных параллельно друг другу, и соединенных последовательно с третьей вальцовой мельницей 312. Петлю рециркуляции вальцовой мельницы не использовали ни в одной из этих трех мельниц 310, 311, 312.
Универсальная мельница 315 на второй стадии измельчения 10, которая измельчает путем механического уменьшения размера, функционально связана последовательно с третьей вальцовой мельницей. Измельчение грубой фракции отрубей и зародыша 3 с получением второй измельченной грубой фракции 11 включает в себя первую стадию измельчения 7 на вальцовых мельницах 310, 311, 312, и вторую стадию измельчения 10 на универсальной мельнице 315. Согласно этому варианту осуществления оборудование для первой стадии измельчения 7 дают и первую перемолотую грубую фракцию отрубей и зародыша 8, и перемолотую грубую фракцию первой стадии 9, 338. Перемолотую грубую фракцию первой стадии 9, 338, могли подвергать второй стадии измельчения 10 на универсальной мельнице 315 с получением второй измельченной грубой фракции 11, 340, а первую перемолотую грубую фракцию 8 не подвергали второй стадии измельчения 10 на универсальной мельнице 315.
Устройство может включать в себя оборудование для смешивания и транспорта 12, 400 для объединения фракции отрубей с низким содержанием золы и зародыша 2, 5, первой перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 8 и второй перемолотой грубой фракции отрубей и зародыша 11, 340 с получением объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12, 341a, 34lb.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения устройство включает в себя сито 316 для просеивания выхода продукции 339 из универсальной мельницы 315 на второй стадии измельчения 10 с получением потока второй измельченной грубой фракции 11, 340, и петлю рециркуляции 390 для рециркуляции потока из частиц большего размера обратно в первую и вторую вальцовые мельницы 310, 311 первой стадии измельчения 7 для дополнительного измельчения.
Оборудование для гидратации 28, предпочтительно два гидратора 317, 318, расположенных параллельно для большей выработки, обеспечивает гидратирование со встряхиванием или перемешиванием объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 12, 341a, 34lb, и они могут быть функционально соединены с одним или несколькими выходными отверстиями оборудования для смешивания и транспорта 400. Оборудование для гидратации 20 также обеспечено для гидратации фракции эндосперма 1,4 с получением гидратированной фракции эндосперма 22.
Оборудование для стабилизации 14, предпочтительно два стабилизатора Bepex 319, 320, расположенных параллельно для большей выработки, обеспечивает стабилизацию гидратированных объединенных мелких отрубей и фракции зародыша 13, 342, 343, с получением стабилизированной объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 15, 344, 345.
Охлаждающее оборудование 30, 321, также может быть обеспечено для охлаждения стабилизированной объединенной тонкой фракции отрубей и зародыша 15, 344, 345, полученных из гидраторов 319 и 320. Устройство для получения стабилизированной муки из цельного зерна 17, 348 также может включать в себя охлаждающее оборудование 24 для охлаждения гидратированной фракции эндосперма 22 с получением охлажденной, гидратированной фракции эндосперма 26, 347, которая может быть объединена со стабилизированными объединенными мелкими отрубями и фракцией зародышей 15, 344, 345, 346, в устройстве для транспорта и смешивания 16, 348 с получением стабилизированной муки из цельного зерна.