СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ
METHOD OF NUTRIENT PRODUCTS PREPARATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу приготовления углеводсодержащих питательных продуктов с помощью распылительной сушки. Углеводсодержащими питательными продуктами могут быть порошки на основе молока, которые содержат молочные компоненты, такие как молочные смеси для грудных детей, порошковое молоко, порошковое функциональное молоко и тому подобное.
Уровень техники
Порошки на основе молока традиционно производят путем приготовления жидкого концентрата из всех компонентов, входящих в состав порошка. Жидкий концентрат затем транспортируют в распылительную сушилку и высушивают до получения порошка. Этот способ часто называют процессом влажного смешивания. С помощью этого способа обычно получают гомогенные и быстрорастворимые порошки. Однако, если жидкий концентрат содержит углеводы, то эти углеводы имеют тенденцию налипать (запекаться) в распылительной сушилке, что является причиной образования нагара. Налипшие, запекшиеся углеводы крайне трудно удалить. Это может быть причиной значительного простоя оборудования, связанного с очисткой сушилки. Например, в определенных обстоятельствах может быть необходимым очищать распылительную сушилку каждые 24-48 часов. Дополнительная проблема может возникать для некоторых углеводов, таких как крахмал, разбухающий при контакте с водой и образующий очень вязкий жидкий концентрат, который не может быть легко распылен в сушилке. Также, если в конечный продукт требуется включить чувствительные к нагреву компоненты, и такие компоненты добавляют в жидкий концентрат, то они начинают разрушаться в процессе распыления, поэтому необходима большая дозировка этих компонентов для того, чтобы обеспечить их достаточное количество в конечном продукте. Это явно нежелательно с экономической точки зрения. Одним из примеров чувствительного к нагреву компонента является витамин С.
Для решения этих проблем в настоящее время общепринято производить порошки на основе молока в две стадии. На первой стадии с помощью распылительной сушки из жидкого концентрата производят основной порошок. Основной порошок будет содержать большую часть компонентов конечного продукта. Однако этот основной порошок содержит пониженный уровень углеводов и чувствительных к нагреву компонентов. После производства основного порошка путем сухого смешивания добавляют остальные углеводы и некоторые другие чувствительные к нагреву компоненты. Способ сухого смешивания уменьшает проблемы образования нагара в сушилке и решает проблему разрушения чувствительных к нагреву компонентов. Однако порошки, получаемые способом сухого смешивания, являются намного менее гомогенными (однородными). В частности, после хранения и транспортировки отсутствие гомогенности (однородности) продукта можно наблюдать невооруженным глазом. В дополнение к этому эстетическому дефекту технологическим последствием отсутствия гомогенности является то, что порошки, полученные путем сухого смешивания, не растворяются также быстро или также полностью, как порошки, полученные путем влажного смешивания компонентов.
Следовательно, существует потребность в способе производства углеводсодержащих питательных продуктов с помощью распылительной сушки, что приводит к получению продуктов с хорошей структурой, но с пониженным уровнем образования нагара в распылительной сушилке.
Сущность изобретения
Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает способ приготовления обезвоженных углеводсодержащих питательных продуктов, способ, включающий приготовление жидкого концентрата с пониженным содержанием углеводов, распыление жидкого концентрата в распылительной сушилке и введение остальной части необходимого количества углеводов в питательный продукт путем нагнетания (пневмотранспортировка) в распылительную сушилку твердых частиц углеводов и изъятие углеводсодержащего питательного продукта из распылительной сушилки.
В настоящем контексте "пониженное содержание углеводов" означает пониженное их содержание по сравнению с содержанием углеводов в конечном продукте, а понятие "остальная часть количества углеводов" означает разность между содержанием углеводов в жидком концентрате и содержанием углеводов в конечном продукте.
Там, где количества выражены в процентах, имеется в виду массовое процентное содержание, если не указано иное.
Настоящее изобретение обеспечивает преимущества получения порошка, который имеет хорошую структуру и в то же время снижает запекание (налипание) и образование нагара в распылительной сушилке. Таким образом, предложенный способ позволяет повысить эффективность, увеличить выход продукции и уменьшить время вынужденного простоя сушилки.
Краткое описание чертежей
Фиг.1а демонстрирует структуру порошка, полученного в примере 1, показанную в увеличении.
Фиг.1b демонстрирует структуру порошка, имеющего такой же состав, но полученного с помощью сухого смешивания.
Подробное описание изобретения
Как следует из вышеизложенного, в способе согласно изобретению необходимое содержание углеводов в конечном продукте достигается в две стадии. Жидкий концентрат имеет пониженное содержание углеводов по отношению к конечному продукту. Например, до 40% углеводов от их содержания в конечном продукте, как правило, от 20% до 30%, может быть добавлено путем нагнетания углеводов в распылительную сушилку. В зависимости от состава конечного продукта конкретный углевод, добавляемый путем нагнетания, может составлять некоторую часть от всех углеводов, содержащихся в продукте. Подходящие углеводы включают сахарозу, лактозу, мальтодекстрин, мальтозу, кукурузный сироп, сухая кукурузная патока, сухая рисовая патока, крахмал и тому подобное. Требуемый углевод или смесь углеводов вводят путем нагнетания твердых частиц в зависимости от вида производимого порошка. Например, в продукте может содержаться только один конкретный углевод. Этот подход особенно эффективен в случае так называемых молочных смесей для грудных детей, оказывающих противосрыгивающий эффект ("AR"-смеси, антирефлюксные смеси), которые в качестве загустителя содержат крахмал. Если к влажной смеси добавляют крахмал, это не только содействует проблеме образования нагара в распылительной сушилке, но, кроме того, уменьшает вязкость жидкого концентрата до такой степени, что скорость распылительной сушки значительно уменьшается. Поэтому в случае антирефлюксных смесей или других высушенных распылением питательных продуктов, содержащих крахмал, особенно эффективно добавлять в сушилку весь крахмал в виде твердых частиц прежелатинизированного крахмала посредством нагнетания.
Расположение места ввода твердых частиц углеводов в распылительной сушилке не является существенным, хотя необходимо учитывать возможность повышенной опасности возгорания при вводе твердых частиц в условиях проведения сушки, для осуществления которой, кроме того, вводят горячий воздух. Однако специалистам в данной области техники хорошо известны методы устранения опасности возгорания в распылительных сушилках. Предпочтительно, чтобы твердые частицы углеводов вводили в распылительную сушилку в зоне турбулентности сушильной камеры. Точное расположение места этой зоны меняется в зависимости от типа распылительной сушилки, но опять же местоположение и протяженность зоны турбулентности для конкретного типа сушилки известны специалистам, хорошо знакомым с работой распылительной сушилки. В качестве альтернативы частицы углеводов могут быть введены в отводящие короба (каналы для вывода воздуха) распылительной сушилки, т.е. в пресловутую зону сушилки, где чрезмерно образуется нагар.
Как только они введены в распылительную сушилку, твердые частицы углеводов образуют агломераты с высушиваемыми частицами жидкого концентрата с получением гомогенного конечного продукта.
Большая часть распылительных сушилок снабжена оборудованием для обеспечения повторного ввода в распылительную сушилку так называемых очень мелких частиц. Очень мелкие частицы представляют собой частицы, образованные в распылительной сушилке, которые имеют гораздо меньший размер, чем желательный размер частиц конечного продукта, и получаются, например, в результате разрушения агломерированных частиц, образовавшихся в процессе распылительной сушки. В течение многих лет применяют практику сбора этих малых частиц, например, с помощью фильтрования, и последующего нагнетания их обратно в распылительную сушилку для повторной агломерации с вновь введенным в сушилку жидким концентратом. Этот процесс известен как "обратное нагнетание" ("отдув осадка на фильтре"). Если распылительная сушилка снабжена оборудованием для "обратного нагнетания" очень мелких частиц, то это оборудование может быть с успехом использовано также и для ввода твердых частиц углеводов в соответствии со способом согласно настоящему изобретению.
Для получения обезвоженного питательного продукта в соответствии со способом согласно настоящему изобретению все компоненты разделяют на компоненты для влажной обработки и компоненты для сухой обработки, которые обрабатывают отдельно и затем объединяют в распылительной сушилке.
Компоненты, обрабатываемые влажным способом, обрабатывают до подачи в распылительную сушилку обычным способом. Например, влажные компоненты приводят в соответствие со стандартом, сгущают, гомогенизируют и распыляют в верхней части распылительной сушилки. Соответствующие способы и оборудование для стандартизации, гомогенизации и распылительной сушки хорошо известны специалистам в данной области техники.
Если питательный продукт представляет собой порошок на основе молока, такой как молочная смесь для прикорма грудных детей старшего возраста, быстрорастворимый молочный порошок или порошковое функциональное молоко, то приготавливают нормализованное молоко. Нормализацию проводят для обеспечения в продукте требуемого соотношения жира к нежирным сухим веществам. Эту нормализацию обычно проводят путем добавления к свежему цельному молоку соответствующего количества обезжиренного молока. Однако нормализация также может проводиться путем смешивания соответствующих жидкостей из свежего цельного молока, частично обезжиренного молока, сливок, молочного жира, пахты. Нормализация молока также может проводиться из порошкового молока, обезжиренного порошкового молока, молочного жира и растительных масел с соответствующим количеством воды. Затем к нормализованному молоку могут быть добавлены дополнительные влажные компоненты. Типичные влажные компоненты включают эмульгаторы, липиды, витамины и минералы, которые не чувствительны к нагреву. Если требуется приготовить молочную смесь для грудных детей или смесь из серии "здоровое питание", то нормализованную смесь приготавливают из источника белков (например, белки молока, такие как казеин и молочная сыворотка) и источника липидов. Для обеспечения требуемого соотношения жира к нежирным сухим веществом снова проводят нормализацию. К нормализованной смеси затем добавляют дополнительные влажные компоненты. Типичные влажные компоненты включают эмульгаторы, липиды, витамины и минералы, которые не чувствительны к нагреву.
В случае необходимости, после нормализации влажные компоненты могут быть подвергнуты тепловой обработке для снижения бактериальной нагрузки. Это может достигаться прямой инжекцией пара или в теплообменнике, например в пластинчатом теплообменнике. Затем влажные компоненты могут быть охлаждены, например путем мгновенного охлаждения.
После этого влажные компоненты могут быть подвержены сгущению известным способом с получением жидкого концентрата с содержанием сухих веществ свыше приблизительно 20%, например, приблизительно от 30 до 40%, предпочтительно около 35%. Если требуется еще больше увеличить содержание сухих веществ в жидком концентрате, этот жидкий концентрат может быть гомогенизирован в одну или две стадии, предпочтительно в две стадии, и затем дополнительно подвергнут сгущению для достижения содержания сухих веществ 50% или более. Подходящий способ достижения такого высокого содержания сухих веществ в жидком концентрате раскрыт в опубликованной международной заявке WO 01/62098, включенной в данное описание путем ссылки.
После завершения сгущения жидкий концентрат высушивают распылением. Это может быть осуществлено путем распыления жидкого концентрата в верхней части распылительной сушилки, предпочтительно с помощью вихревых форсунок под давлением. Давление распыления, как правило, составляет приблизительно от 50 до 300 бар, предпочтительно приблизительно от 120 до 170 бар, причем распыление производится вместе с подачей горячего воздуха с температурой от 175 до 400°С, предпочтительно от 280 до 360°С. Соответствующие распылительные сушилки и условия проведения распылительной сушки хорошо известны. Для подачи в распылительную сушилку сухих компонентов может быть использовано соответствующее оборудование, обеспечивающее их нагнетание (пневмотранспортировку). В частности, могут быть использованы нагнетатели (воздушные компрессоры, воздуходувки). В других случаях сухие компоненты могут быть механически транспортированы в распылительную сушилку.
Другие сухие компоненты могут также быть введены в конечный продукт посредством нагнетания (пневмотранспортировки) их твердых частиц в распылительную сушилку вместе с частицами углеводов. Соответствующие компоненты включают витамины, такие, как витамин С, минералы, например, железо, цинк и медь в форме их соответствующих сульфатов, и вкусоароматические вещества, например, ваниль. Могут существовать различные мотивы для выбора такого добавляемого компонента указанным способом. При использовании чувствительных к нагреву компонентов, таких как витамин С, его разрушение, которое будет неизбежно происходить, может быть минимизировано, если этот компонент добавляют в процессе влажного смешивания и затем подвергают нагреву со сгущением, и вводят в распылительную сушилку. Минералы из числа указанных выше имеют тенденцию к окислению некоторых липидных компонентов, содержащихся в питательном продукте. Опять же такие нежелательные реакции могут быть сведены к минимуму путем добавления этих минералов указанным способом. Что касается используемых вкусоароматических веществ, то их добавление указанным способом уменьшает вторичное загрязнение последующих не вкусоароматизированных продуктов или продуктов с другой вкусоароматической гаммой и снижает требования к очистке распылительной сушилки.
Следует принимать во внимание, что поскольку при проведении непрерывного технологического процесса приготовления продукта содержание углеводов в продукте увеличивают путем их введения в две стадии, то необходимо обеспечить нагнетание в распылительную сушилку соответствующих количеств твердых частиц углеводов. Это может быть достигнуто, например, путем мониторинга содержания сухих веществ в жидком концентрате, поступающем в распылительную сушилку, и скорости, с которой жидкий концентрат вводится в распылительную сушилку в реальном времени, и использование этой информации для регулирования скорости поступления (ввода) твердых частиц углеводов соответственно. Существуют различные типы оборудования для процессов контроля и регулирования, подходящие для этих целей, и они хорошо известные специалистам.
Продукты, полученные в распылительной сушилке, обладают очень хорошими свойствами. В частности, порошки характеризуются свойствами смачиваемости и растворимости, которые сопоставимы с порошками, произведенными по традиционному способу влажного смешивания, и превосходят порошки, полученные по способу сухого смешивания. Более того, эти порошки получаются гомогенными и не имеют тенденции оседать на различных частях оборудования в процессе хранения и транспортировки. К тому же распылительная сушилка подвержена значительно меньшему нагару. В случае порошков на основе молока повышенное образование конечных продуктов реакции Майяра и уровень блокировки лизина будут снижены по двум причинам. Во-первых, в большей части процесса, по меньшей мере, некоторая часть углеводов отделена от белковых составляющих порошка. Во-вторых, использование способа согласно настоящему изобретению позволяет повысить интенсивность процесса распылительной сушки за счет снижения образования нагара. Это означает, что при заданной температуре горячего воздуха, поступающего в сушилку, температура в распылительной сушилке будет более низкой, поскольку в сушилке находится большая общая масса жидкости. Благодаря этому рабочая температура в сушилке может быть ниже рабочей температуры, реализуемой в известных способах, на 10°С или более со снижением в результате уровня блокировки лизина в случае порошков на основе молока, таких как молочные смеси для грудных детей.
Порошки углеводсодержащих питательных продуктов, которые могут быть получены с помощью описанного выше способа, представляют собой любого рода подходящие порошки, такие как молочные смеси для грудных детей, молочные смеси для прикорма грудных детей старшего возраста, быстрорастворимое порошковое молоко, функциональное молоко, смеси из серии "здоровое питание", супы, соусы и тому подобные продукты. Порошки могут представлять собой порошки на основе молока, содержащие молочные компоненты, но также могут представлять собой порошки на основе сои или порошки на основе растительного сырья.
Воплощения настоящего изобретения раскрыты здесь лишь в целях иллюстрации.
Пример 1

Приготавливают порошок молочной смеси для прикорма грудных детей старшего возраста, вкусоароматизированный медом, который продается на рынке под торговой маркой Neslac. Для этого нормализуют свежее жидкое молоко и смешивают его с другими влажными компонентами путем влажного перемешивания: с медом, фрукто-олигосахаридами Raftilose, с лактозой и цитратом кальция. Приготовленную смесь нормализуют и затем в нее добавляют смесь молочного жира и растительного масла, и смесь вновь нормализуют. Затем смесь подвергают сгущению (выпариванию) стандартным способом с получением жидкого концентрата с содержанием сухих веществ приблизительно 40%. После этого концентрат подвергают гомогенизации в две стадии, после чего осуществляют дополнительное сгущение концентрата с достижением содержания сухих веществ от 55 до 60% и затем распыляют его в верхней части распылительной сушилки через форсунки под давлением в интервале от 120 до 160 бар. Одновременно в сушилку нагнетают горячий воздух при температуре в интервале от 280 до 310°С. В другом случае сушилка может работать при стандартных условиях. Кроме того, в распылительную сушилку в рабочее местоположение, находящееся примерно в 5 м от верха сушилки, нагнетают порошкообразную смесь, приготовленную из мальтодекстрина, сахарозы, витаминов и минералов. Порошок молочной смеси для прикорма грудных детей старшего возраста собирают в нижней части распылительной сушилки.
Исследованный порошок имеет агломерированную, гомогенную структуру с плотностью приблизительно 510 г/л.
В данном примере можно видеть, что действительно, в продукте в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, углеводы полностью содержатся в виде сахарозы и мальтодекстрина. В состав содержащихся в продукте углеводов дополнительно входит лактоза, которая включена в продукт посредством жидкого концентрата.
Затем полученный порошок сравнивают с порошком, произведенным путем распылительной сушки такого же жидкого концентрата с добавлением таких же пропорций мальтодекстрина, сахарозы, витаминов и минералов путем сухого смешивания. Этот порошок имеет плотность приблизительно 580 г/л. На фиг.1а показан порошок, полученный по способу, соответствующему настоящему изобретению, описанному выше. На фиг.1b показан порошок с таким же составом, но полученный путем сухого смешивания (в каждом случае порошки показаны под увеличением). Как хорошо может быть видно из сопоставления указанных фигур, структура порошка на фиг.1а в значительной степени более гомогенная. Смачиваемость, смешивающаяся способность и уровень растворимости двух сравниваемых порошков определяют с помощью стандартной измерительной техники. В результате установлено: порошок, полученный с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением, имеет в значительной степени улучшенную смачиваемость, что обуславливает лучшую растворимость этого порошка как в холодной, так и в теплой воде. Другие свойства сравниваемых порошков - сходные.
Предложенный способ осуществлялся на практике в течение нескольких месяцев, и была рассчитана эффективность производства продукта. Как выяснилось, способ обеспечивает повышение пропускной способности линии на 15% по сравнению со способом сухого смешивания и на 150% по сравнению со способом влажного смешивания всех компонентов (на 300% в случае продуктов, содержащих крахмал, когда сразу весь крахмал вводят в соответствии со способом). Эти положительные результаты связаны главным образом с уменьшением времени простого оборудования, связанного с очисткой сушилки, вследствие снижения образования нагара и налипания продукта в распылительной сушилке. Однако повышение эффективности процесса обусловлено также исключением отдельной стадии сухого смешивания, что позволяет реализовать непрерывный технологический процесс.
Пример 2

Приготавливают образцы молочной смеси для грудных детей, которая представлена на рынке под торговой маркой Lactogen и включает в себя углеводы, а именно лактозу, мальтодекстрин и сахарозу, а) с использованием способа согласно настоящему изобретению путем введения в состав смеси мальтодекстрина и сахарозы и б) традиционным способом, используя для введения в состав смеси мальтодекстрина и сахарозы сухое смешивание. В двух образцах измеряли уровень блокировки лизина, и, как установлено, он составлял 9,49% в образце, полученном согласно способу в соответствии с настоящим изобретением, и 11,08% в образце, полученном путем сухого смешивания.