ЖИДКАЯ КОМПОЗИЦИЯ ВОЛОКОН, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ, ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ И ПИЩЕВОЙ ПРОДУКТ
LIQUID FIBRE COMPOSITION, METHOD FOR PRODUCING, APPLICATION AND FOOD PRODUCT THEREOF

Область техники
Изобретение касается жидкой композиции волокон.
Предшествующий уровень техники
В западной диете существует очевидная потребность увеличения доли диетического волокна во всей диете и, в то же самое время, уменьшения доли быстро усвояемых углеводов. На рынке имеется несколько богатых волокном композиций в форме напитков. Как правило, содержание волокна в них находится в пределах от 0,2 до 3,0% (Таблица 1). Количества диетического волокна на основе злаков в жидких композициях волокон значительно меньше, менее 1,5 мас.% продукта.
В существующих жидких композициях с волокном диетическое волокно обычно добавляют путем смешивания порошкообразного волокна (например, модифицированного мальтодекстрина, фруктоолигосахарида или инулина) с жидкостью или путем предварительного растворения растворимого волокна в небольшом объеме жидкости и смешивания этой смеси с остальной частью жидкости (US 2003077368 и JP 2001161330).
Публикации WO 91/17672, WO 00/65930, WO 03/041507 и US 6020016, например, описывают продукты, которые содержат диетическое волокно на основе зерна.
Патент США 6020016 раскрывает фруктовые соки, в которые добавлены продукт из зерна (зерновой продукт), а также ваниль или миндальный вкусоароматический агент для улучшения вкуса. Нерастворимое диетическое волокно предпочтительно удаляют из зернового продукта из-за осадка, который появляется из-за него во фруктовых соках. Зерновой продукт также предпочтительно обрабатывают ферментами, такими как амилазы, для решения проблемы увеличивающейся вязкости во фруктовых соках. В готовых продуктах, однако, содержание β-глюканов очень мало, максимум 0,09 мас.%, вследствие чего их пищевая ценность является несущественной. Согласно публикации, этот фруктовый сок традиционно изготавливают, смешивая зерновой продукт и другие сухие материалы, в том числе стабилизатор, с фруктовым соком. Описанный в патенте способ не может использоваться для изготовления фруктовых соков, имеющих высокое содержание диетического волокна.
Публикация WO 03/041507 описывает напиток, в котором гомогенизированы зерновой продукт, стабилизатор и жидкость. Зерновой продукт является зрелым и предпочтительно поджаренным продуктом, готовым к употреблению типа зерновых хлопьев, например, который перед добавлением к нагретой жидкости измельчают вместе со стабилизатором и любыми другими возможными добавками. Смесь нагревают и гомогенизируют, чтобы обеспечить продукт однородного качества. Этот способ не может использоваться для получения напитков, которые имеют высокое содержание диетического волокна.
Публикация WO 00/65930 описывает способ получения богатой волокном зерновой эмульсии путем обработки отрубей или непросеянной муки горячей водой, размола и гомогенизации под давлением 80-250 бар, на практике, путем единственной гомогенизации под давлением 150-170 бар. Эмульсию далее предпочтительно ферментируют. В этих примерах приготавливают продукты, содержание диетического волокна в которых относительно высоко, но эти продукты не являются жидкостью. В публикации описано, что такой густой продукт с волокном может использоваться как добавка к напиткам. В этом случае, содержание диетического волокна в напитке остается низким.
Публикация WO 91/17672 описывает получение пищевого продукта из отрубей и воды путем нагрева, охлаждения и заключительной ферментации с помощью молочнокислых бактерий. Продукт описывают как йогурто- или гелеподобный, который можно есть ложкой или который можно пить. Этот способ не может использоваться для получения жидких продуктов с высоким содержанием диетического волокна.
Цель гомогенизации в существующих способах заключается в улучшении однородного качества смеси и увеличении ее вязкости путем разрушения гранул крахмала, чтобы замедлить расслоение фаз. Давление, требуемое для разрушения гранул крахмала при гомогенизации, относительно низко, от 140 до 170 бар. Существенной особенностью известных способов является то, что содержание диетического волокна в этих продуктах является довольно низким.
Хотя признано, что увеличение доли диетического волокна в пищевых продуктах чрезвычайно желательно с точки зрения питательной ценности и национального здравоохранения, на практике возникают проблемы, которые пока не решены. Проблемы касаются нежелательной структуры, вкуса, аромата и внешнего вида продукта, обусловленных диетическим волокном, и особенно касаются отсутствия технологий производства, которые могут использоваться для того, чтобы гарантировать значительное содержание диетического волокна в жидкой композиции с точки зрения питательной ценности. В отличие от продуктов с низким содержанием волокна, проблемой этих технологий производства является избыточная вязкость, вызываемая растворимым волокном. Этим проблемам придают особое значение при попытке получить жидкие продукты с волокном из фракций волокна на основе зерна, поскольку доля растворимого волокна в них, главным образом β-глюкана и арабиноксилана, которые создают вязкость, является высокой. В промышленном производстве проблемы, вызванные высокой вязкостью, включают, например, замедление потока в трубопроводах, смесителях и теплообменниках. В самом худшем случае они могут вести к засорению оборудования, а также пригоранию и налипанию продуктов в соединительных деталях с нагревом. Существенные проблемы также возникают в технологических характеристиках продукта. Продукт может быть не текучим при малых усилиях сдвига, тиксотропным, или его вязкостные свойства могут изменяться при хранении. Были предприняты попытки увеличения содержания волокна без избыточного загущения продукта путем добавки различных гидролитических ферментов, которые расщепляют молекулы растворимого диетического волокна, обусловливающего вязкость, делая их короче и, таким образом, уменьшая вязкость продукта. На это же направлено добавление в продукт микроорганизмов, которые производят ферменты, гидролизующие молекулы растворимого диетического волокна. Один недостаток этих способов заключается в том, что, когда распадаются волокна, то соответственно уменьшаются их полезные диетические свойства.
Поскольку для получения фракции волокна из зерна, где доля растворимого диетического волокна может быть чрезвычайно высокой, могут использоваться новые промышленные способы обработки зерна, особенно актуальна потребность в способе, пригодном для получения высококачественных жидких композиций с волокном. Например, при производстве фракций овсяного зерна в промышленности доля β-глюкана в этой фракции может быть очень высока, в настоящее время до 20-22 мас.% (например, продукт ОВС XD20 производства Suomen Viljava или шведское овсяное волокно OatWell 22). Однако основную проблему в технологии производства представляет вязкость, которую в водных средах вызывает растворенное диетическое волокно, содержащееся во фракциях с высоким содержанием волокон злаков, и являющиеся следствием этого неудовлетворительные слизеподобные текучие свойства состава. Это ограничивает количество фракции с высоким содержанием волокон злаков, добавляемой к составам, которые предполагают использовать жидкими и, таким образом, содержание волокна жидкости. Содержание крахмала во фракции с высоким содержанием волокон злаков находится в пределах диапазона 5-30 мас.% и, поэтому, влияние крахмала на формирование вязкости в напитках, сделанных из этих фракций, незначительно. Таким образом, нерешенная проблема заключается в предотвращении любого увеличения вязкости в слизеподобной смеси фракций с высоким содержанием волокон злаков и водных сред, для того чтобы увеличить количество фракции с высоким содержанием волокон злаков, добавляемой в среду, и, следовательно, также увеличить содержание волокна.
При желании получить жидкую композицию с волокном из фракций с высоким содержанием волокон злаков, в которой содержание растворимого диетического волокна составляет 0,8 мас.% или больше, возникают проблемы перемешивания. Кроме необходимости контроля увеличения вязкости, имеют значение также и другие характеристики композиции, например, способность к выливанию, то есть она должна быть текучей, иметь гомогенную структуру и должны отсутствовать любая слизистость и тиксотропность. Вместо жидкого продукта с содержанием волокон до 3-4%, фракции с высоким содержанием волокон злаков при простом смешении с водой и полной гидратации дают гель или твердый материал. Способы, описанные ранее, не могут использоваться для получения жидких композиций с волокном, которые имеют высокое содержание диетического волокна на основе зерна и, особенно, высокое содержание растворимого диетического волокна на основе зерна.
Соответственно, имеется потребность и в композиции и в способе, где достаточное количество фракций с высоким содержанием волокон злаков может быть включено в водную среду так, чтобы конечный продукт представлял бы собой жидкость, и содержание растворимого диетического волокна в нем составило бы, по меньшей мере, 0,8 мас.%. Это изобретение решает проблему, описанную выше.
Раскрытие изобретения
Изобретение касается пищевой композиции волокон в жидкой форме, содержащей нерастворимое и растворимое диетическое волокно на основе зерна и водную среду, способа получения жидкой композиции волокон и применения композиции волокон для получения пищевых продуктов, как определено в независимых пунктах формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения представляют некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Термин "пищевая" означает, что композицию можно принимать внутрь. Таким образом, композиция соответствует требованиям, предъявляемым к пищевым продуктам.
Диетическое волокно содержит компонент, который не растворяется в среде, а образует дисперсию в водной среде. Композиция представляет собой жидкость при температуре 4°С, общее содержание диетического волокна на основе зерна в ней составляет, по меньшей мере, 1,6 мас.%, а содержание растворимого диетического волокна на основе зерна составляет, по меньшей мере, 0,8 мас.%. Композиция предпочтительно содержит 1,6-4,0 мас.%, предпочтительно 1,6-3,0 мас.%, еще более предпочтительно 1,7-3,0 мас.%, более предпочтительно 1,8-3,0 мас.% диетического волокна на основе зерна. Композиция предпочтительно содержит, по меньшей мере, 0,9 мас.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 1,0 мас.%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 1,1 мас.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1,2 мас.% растворимого диетического волокна на основе зерна. В частности, растворимое диетическое волокно на основе зерна может быть β-глюканом и/или арабиноксиланом, предпочтительно β-глюканом.
Термин "диетическое волокно" относится и к растворимой, и к нерастворимой части диетического волокна. Оно состоит из полисахаридов, которые не могут гидролизоваться пищеварительными ферментами человека. "Диетическое волокно на основе зерна" относится к диетическому волокну, которое может быть получено из зерна, и, таким образом, это определение также включает компоненты, полученные из других источников кроме зерна. В качестве примера может быть упомянут β-глюкан, производимый дрожжами. Таким образом, диетическое волокно на основе зерна может состоять, например, из нерастворимой фракции диетического волокна пшеницы и β-глюкана, производимого дрожжами. Зерно, в частности, включает обычное зерно, например, пшеницу, ячмень, овес, рожь, рис, кукурузу, просо и гречу.
th
Общее количество диетического волокна может быть определено с использованием способа, предложенного Ассоциацией Официальных Химиков-аналитиков (Association of Official Analytical Chemists, Inc, Вирджиния, США, А.О.А.С.) для определения волокна (Official Methods of Analysis of the А.О.А.С., 15 ed., 1990). Если композиция содержит диетические волокна, не на основе зерна, такие как пектин или инулин, их следует определять отдельно с использованием упомянутого способа и вычитать из общей суммы, для того чтобы узнать количество волокна на основе зерна.
th
"Растворимое диетическое волокно на основе зерна" здесь относится в частности к β-глюкану и/или арабиноксилану, где первое может быть определено, например, способом 32-23 (ААСС International Methods of Analysis, 10 ed., March 2000) Американской Ассоциации специалистов по химии злаков (ААСС), а последнее, например, как описано в публикации Food Chemistry 7 (2), 139-145, 1981 (Douglas, S., A rapid method for the determination of pentosans in wheat flour).
"Водная среда" здесь относится к любому веществу, которое пригодно для питья и по меньшей мере частично содержит воду. Примеры включают воду, сок (например, плодовые, ягодные, овощные соки или из корнеплодов), молочные продукты, кисломолочные продукты, напитки на основе зерна (например, напитки из овсяного зерна или риса), алкогольные напитки (например, пиво) и/или напитки из сои. Соответственно, водная среда может также содержать сухое вещество, которое добавлено к нему.
"Жидкая" композиция представляет собой композицию, которую можно перекачать, налить и/или выпить. Композиция согласно изобретению, таким образом, является жидкостью вплоть до температуры 4°С.
Композиция волокон предпочтительно содержит 3 мас.% крахмала, более предпочтительно не более 2,5 мас.%, наиболее предпочтительно не более 2 мас.%, и еще более предпочтительно не более 1,5 мас.%. На практике это означает, что крахмал почти не влияет на вязкость композиции.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, композиция содержит по меньшей мере 1,7 мас.%, предпочтительно 1,7-3,0 мас.% диетического волокна на основе зерна так, чтобы количество β-глюкана составляло по меньшей мере 1 мас.%, а количество крахмала составляло не более 2 мас.%.
Согласно изобретению могут быть получены относительно устойчивые дисперсии, которые хранятся, например, по меньшей мере, один день без разделения фаз.
Кроме того, композиция также предпочтительно содержит один или более чем один компонент, который выбран из группы сахаров, ягодных соков, фруктовых соков, овощных соков и соков из корнеплодов и/или других компонентов для изменения вкуса, кислотности и/или цвета композиции. Если влияние композиции на улучшение здоровья должно быть увеличено или дополнено, к ней можно добавить один или более чем один дополнительный компонент, например, жирные кислоты и/или их эфиры, растительные стерины и/или их эфиры, и/или пробиотические микроорганизмы для изменения питательной ценности.
Водная среда в композиции согласно изобретению представляет собой предпочтительно воду, сок, фруктовый сок, молочный продукт, кисломолочный продукт, напиток на основе зерна, алкогольный напиток, соевый напиток или смесь двух или более из них.
Композиция предпочтительно является составом, не содержащим никаких расщепляющих волокно веществ, например расщепляющего волокно фермента, или источника такого вещества, например, микроорганизма, который производит расщепляющий волокно фермент. Композиция предпочтительно также является составом, не содержащим никаких загущающих агентов, которые образуются в веществах иных, чем материал волокна и используемая жидкая среда.
Согласно изобретению, может быть получена композиция, которая является гомогенной и которая не является слизеподобной или тиксотропной.
Другим объектом изобретения является способ получения жидкой композиции волокон, содержащей диетическое волокно на основе зерна и водную среду. Диетическое волокно содержит компонент, который не растворяется в среде, и компонент, который растворяется в среде. Общее содержание диетического волокна составляет, по меньшей мере, 1,6 мас.%, а общее содержание растворимого волокна составляет, по меньшей мере, 0,8 мас.%. Способ включает следующие стадии:
а) отбирают материал волокна, причем содержание растворимого диетического волокна на основе зерна в нем составляет, по меньшей мере, 8 мас.% сухого остатка,
б) материал волокна смешивают с водной средой с образованием смеси, содержащей более 1 мас.% материала волокна,
в) выполняют процесс гомогенизации с образованием жидкой композиции волокон, которая при температуре 4°С является жидкой дисперсией.
Предпочтительно, чтобы вязкость, измеренная в диапазоне скорости сдвига 20-100 1/с, в результате процесса гомогенизации уменьшалась, по меньшей мере, до 40% вязкости негомогенизированной, полностью гидратированной смеси в тех же самых условиях измерения.
Термин "материал волокна" относится к материалу, который содержит диетическое волокно на основе зерна. Материал волокна может быть, например, любой фракцией зерна, богатой диетическим волокном.
В способе согласно изобретению материал волокна предпочтительно вводят в контакт с водной средой таким образом, чтобы перед последующей гомогенизацией не было времени для того, чтобы смесь приобрела значительную вязкость. Приобретение вязкости предотвращают путем гомогенизации смеси под давлением после смешивания. С другой стороны, можно допустить протекание гидратации в смеси, а увеличивающуюся вязкость можно уменьшить путем гомогенизации. Для обоих способов существенно, чтобы условия гомогенизации были подобраны таким образом, чтобы нейтрализовать свойство растворимого волокна образовывать слизистую и вязкую композицию. Согласно изобретению и по сравнению со способами гомогенизации, используемыми в известных способах, к гомогенизируемой смеси требуется применение значительно большей энергии. Достаточно высокая энергия гомогенизации обеспечивается с помощью более высоких давлений, чем ранее используемые давления гомогенизации, типично от 200 до 600 бар, и/или путем повторения гомогенизации в упомянутом диапазоне давления несколько раз или путем возвращения смеси в гомогенизатор (рециркуляции), пока не будет существенно уменьшена вязкость смеси, которая при низких значениях скорости сдвига (20-100 1/с) составляет менее 60% (предпочтительно менее 50%, более предпочтительно менее 40%, наиболее предпочтительно менее 30%) вязкости, которая имеет место в соответствующей полностью гидратированной смеси без гомогенизации. Таким путем получена жидкая композиция волокон при температуре 4°С, в которой общее содержание диетического волокна на основе зерна составляет 1,6 мас.% или более, а содержание растворимого диетического волокна на основе зерна составляет 0,8 мас.% или более.
В этом изобретении выбор диапазона 20-100 1/с скорости сдвига вязкости обеспечивает основание для проверки, поскольку на практике вязкость в этом диапазоне в наибольшей степени влияет на состояние композиции и, таким образом, на ее применимость.
Соответственно, важно, чтобы процесс гомогенизации был достаточно эффективен, чтобы обеспечить желательное уменьшение значения вязкости и, таким образом, получить жидкую композицию как конечный продукт. Предпочтительно, чтобы уменьшение вязкости составило, по меньшей мере, 50%, более предпочтительно, по меньшей мере, 60% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 70% значения вязкости соответствующей негомогенизированной, полностью гидратированной смеси, рассчитанной при тех же самых условиях измерения. Термин «полностью гидратированная смесь» относится к смеси, которая обработана в распространенных условиях (температура, способ смешивания и т.д.) таким образом, что ее нерастворимые и растворимые компоненты больше не увеличивают ее вязкость при добавлении водной среды (другими словами, чтобы в смесь можно было добавлять воду) или при продолжении обработки. Это может быть достигнуто, например, способом, описанным в Методике 1 из Примера 1. Другими словами, если смесь полностью гидратирована, ее вязкость уменьшается при добавлении среды. Если никакую среду не добавляют, но продолжают ту же самую обработку, например, смешивание, то вязкость остается неизменной.
Материал волокна, используемый в способе, содержит, по меньшей мере, 8 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 10 мас.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 12 мас.% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 15 мас.% растворимого диетического волокна на основе зерна, рассчитанных на сухой остаток. Предпочтительно содержание крахмала материала волокна составляет не более 40 мас.%, более предпочтительно не более 35 мас.%, еще более предпочтительно не более 30 мас.% и наиболее предпочтительно не более 25 мас.%, рассчитанных на сухой остаток. Особенно предпочтительно, чтобы содержание крахмала в материале волокна составляло от 5 до 30 мас.%.
Способ согласно изобретению включает варианты осуществления, которые могут использоваться, чтобы всесторонне регулировать заключительное содержание волокна в жидкой композиции волокон и ее жидкостные свойства, например, вязкость. Путем изменения способа гомогенизации, описанного в изобретении, и сухого остатка негидратированной смеси, которая используется в гомогенизации, могут быть получены жидкие композиции с различными вязкостями. Предпочтительный вариант заключается в повторении гомогенизации или рециркуляции негидратированной смеси в указанном диапазоне давления для достижения желаемого эффекта. Можно также повторно добавить содержащие волокно фракции к гомогенизированной смеси и возобновить гомогенизацию; или можно продолжить повторную гомогенизацию и добавление волокна до тех пор, пока не будут достигнуты желаемое конечное содержание волокна и текучие свойства жидкости. Различные варианты характеризуются тем, что содержание волокна и заключительную вязкость жидкой композиции можно регулировать и, таким образом, по мере необходимости постепенно увеличивать, поскольку вместо крахмала или других загущающих агентов первоначально добавленный или соответствующий состав с волокном может использоваться, например, для регулирования вязкости и/или увеличения содержания волокна.
Гомогенизация при используемых значениях давления и согласно описанным вариантам уменьшает вязкость, устраняет эластичность и тиксотропность композиции и гарантирует гомогенное распределение нерастворимой фазы в водной среде.
Способ согласно изобретению не накладывает ограничения на водные среды, используемые в нем, и поэтому подходящие среды включают различные молочные продукты, спиртовые водные растворы, водные экстракты, приготовленные из плодов, овощей и корнеплодов, например, соки, водные вторичные жидкие формы, производимые пищевой промышленностью, и другие жидкие среды, которые являются подходящими для известных в настоящее время аппаратов гомогенизации.
Согласно настоящему изобретению, могут использоваться, в частности, волокна овса с содержанием β-глюкана 15% или более. Материал волокна, используемый в изобретении, может получаться при сухом или влажном фракционировании злаков и, предпочтительно, также его прессованные фракции или фракции, которые были подвергнуты извлечению жира для увеличения содержания в них волокна. По существу изобретение не ограничено сырьем на основе овса, но также пригодно для фракций с высоким содержанием волокна, которые получают из других злаков. Однако способ также пригоден для фракций зерна, где содержание растворимого диетического волокна, например, β-глюкана, меньше, например, составляет, по меньшей мере, 8 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 10 мас.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 12 мас.% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 15 мас.% сухого остатка материала волокна.
Способ согласно изобретению позволяет просто использовать фракции, богатые волокном, для получения жидкой композиции, не добавляя крахмал или другие загущающие агенты. Однако в некоторые композиции или пищевые продукты, приготовленные из них, может быть полезно добавить стабилизатор, например, пектин, для улучшения стабильности дисперсии. Таким образом, данный способ может использоваться для получения жидких композиций, где доля растворимого волокна на основе зерна высока, 0,8 мас.% или более. Поскольку в способе может использоваться материал волокон злаков, в котором содержание крахмала является очень низким, типично, менее 30% от сухого остатка, и таким образом является незначительным для формирования структуры, доля нерастворимого волокна в сухом остатке жидкой композиции волокон также высока, и количество диетического волокна может быть увеличено до 30% от сухого остатка.
Жидкая композиция волокон согласно изобретению может быть снабжена различными средствами и модифицирована различными средствами, без существенного сокращения содержания в ней волокна. Композицию можно подкрасить, подсластить, и она может выполнять функцию текучей фазы в пищевых продуктах, которые требуют текучей водной фазы. Подобно другим фракциям зерна, жидкая композиция волокон конечно также пригодна для ферментации, или к ней могут быть добавлены микроорганизмы или их части. Жидкая композиция волокон также имеет особенную способность эмульгировать жир, и таким образом она может использоваться в качестве заменителя жира в различных диетических продуктах.
После процесса гомогенизации, предпочтителен нагрев композиции, по меньшей мере, до температуры 70°С, чтобы предотвратить рост микробов, например, с помощью пастеризации или обработки ультравысокой температурой (УВТ). После этого композицию охлаждают до температуры 4-30°С для хранения. Кроме того, перед хранением композицию можно гомогенизировать обычным образом в стерильных условиях. Компоненты, которые возможно добавляют к композиции, могут быть добавлены на любой стадии в течение процесса производства, конечно, учитывая устойчивость рассматриваемого компонента, например, в процессе гомогенизации.
Таким образом, процесс гомогенизации может быть выполнен различными способами. Существенно, что процесс достаточно эффективен для уменьшения вязкости. Одно предпочтительное осуществление заключается в том, что процесс гомогенизации выполняют как единственную гомогенизацию под давлением, по меньшей мере, 260 бар. Давление составляет предпочтительно, по меньшей мере, 300 бар, более предпочтительно в пределах диапазона 300-800 бар и наиболее предпочтительно в пределах диапазона 300-600 бар. В таком случае, конечно, все диетическое волокно композиции на основе зерна добавляют один раз, так, чтобы содержание волокнистого материала в водной среде было более 1 мас.%, предпочтительно более 3 мас.% и наиболее предпочтительно более 3,5 мас.%. Пример 4 описывает такой способ.
Другое предпочтительное осуществление процесса гомогенизации заключается в том, что выполняют, по меньшей мере, две последовательные гомогенизации. Количество гомогенизаций может быть 2-30, предпочтительно 2-10, более предпочтительно 3-10, и давление в процессе составляет, по меньшей мере, 150 бар, предпочтительно, по меньшей мере, 200 бар, более предпочтительно, по меньшей мере, 250 бар и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 300 бар. Предпочтительно выполнять, по меньшей мере, две гомогенизации под давлением, по меньшей мере, 300 бар или, по меньшей мере, три гомогенизации под давлением, по меньшей мере, 150 бар. Содержание материала волокна в водной среде в этом варианте составляет предпочтительно более 3 мас.%. Пример 2 описывает такой способ.
Третье предпочтительное осуществление процесса гомогенизации заключается в том, что смесь, которую обрабатывают в гомогенизаторе, непрерывно рециркулируют в гомогенизатор путем ввода обрабатываемой в гомогенизаторе смеси через промежуточный резервуар для смешения в следующую стадию гомогенизации, до тех пор, пока жидкий объем смеси, проходящей через гомогенизатор, не будет в 2-30 раз больше объема смеси, которую подавали, предпочтительно в 3-30 раз. В этом процессе гомогенизации давление составляет, по меньшей мере, 150 бар, предпочтительно, по меньшей мере, 200 бар, более предпочтительно, по меньшей мере, 250 бар и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 300 бар. Также предпочтительно выполнять процесс гомогенизации таким образом, чтобы объем рециркуляции был уменьшен до 2-10-кратного, вследствие чего гомогенизацию выполняют под давлением, по меньшей мере, 200 бар, предпочтительно, по меньшей мере, 250 бар и более предпочтительно, по меньшей мере, 300 бар. В этом варианте не нужно, чтобы все компоненты смеси проходили через гомогенизатор одинаковое количество раз. Содержание материала волокна в водной среде в этом варианте составляет предпочтительно более 3 мас.%. Пример 3 описывает этот способ более подробно.
Четвертое предпочтительное осуществление включает добавление материала на основе зерна, который имеет содержание растворимого диетического волокна на основе зерна, по меньшей мере, 8 мас.% сухого остатка, к смеси, прошедшей одну или более чем одну гомогенизацию, и повторную гомогенизацию смеси. Количество прибавлений и последующих гомогенизаций могут различаться, чтобы придать композиции желательную структуру и консистенцию. Такой процесс гомогенизации может быть осуществлен в соответствии с системой гомогенизации второго или третьего осуществления, вследствие чего, однако, содержание материала волокна в водной среде может быть относительно низким, более 1 мас.%, поскольку в течение процесса гомогенизации добавляют более сухой материал волокна. На практике диетическое волокно добавляют порциями после каждой гомогенизации, вследствие чего в следующей гомогенизации вязкость уменьшается. Этим способом гарантируется, что ни на какой стадии не возникнут проблемы с чрезмерно высокой вязкостью. В таком варианте материал волокна предпочтительно добавляют от 1 до 30 раз, и гомогенизацию выполняют всего от 2 до 50 раз. Давление на стадии гомогенизации составляет, по меньшей мере, 150 бар. Однако, по меньшей мере, три гомогенизации предпочтительно выполняют под давлением, по меньшей мере, 150 бар. Также предпочтительно выполнять процесс гомогенизации так, чтобы он включал, по меньшей мере, две гомогенизации под давлением, по меньшей мере, 200 бар, более предпочтительно, по меньшей мере, 250 бар и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 300 бар. Такое осуществление описано в Примере 8.
На стадии а) способа производства в качестве материала волокна предпочтительно используют фракцию овса, содержащую, по меньшей мере, 8 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 10 мас.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 12 мас.% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 15 мас.% растворимого диетического волокна на основе зерна в сухом остатке. Предпочтительно материал волокна является фракцией овса с содержанием крахмала не более 40 мас.%, более предпочтительно не более 35 мас.%, еще более предпочтительно не более 30 мас.% и наиболее предпочтительно не более 25 мас.% сухого остатка.
Третьим объектом изобретения является применение композиции волокон для изготовления пищевых продуктов. Пищевой продукт может содержать любую пищевую композицию и описанную жидкую композицию волокон. Этот пищевой продукт может быть полутвердым или твердым продуктом, который не пригоден для питья, то есть может являться нетекучим продуктом. Пищевая композиция относится к любому съедобному продукту или части продукта. Добавление к продукту съедобной жидкой композиции волокон придает пищевым продуктам дополнительную пищевую ценность. В частности, съедобная жидкая композиция волокон может использоваться как заменитель жира и, таким образом, ее использование особенно полезно в пищевых продуктах с относительно низким содержанием жира, например, не более 40 мас.%, предпочтительно не более 30 мас.%, более предпочтительно не более 20 мас.% жира.
Жидкую композицию волокон можно также высушить, например, с помощью сублимационной сушки, после чего ее можно использовать в различных съедобных продуктах или, например, смешать снова с образованием жидкой композиции. Содержание воды в высушенной композиции волокон может составлять не более 15 мас.%, предпочтительно не более 10 мас.%.
Далее изобретение описано с помощью следующих графических материалов и примеров осуществления.
Краткое описание графических материалов
-1
Фиг.1 показывает вязкость композиций волокон, полученных согласно Примеру 1, при интервале скорости сдвига от 24 до 1233 с (1/с).
Фиг.2 показывает влияние степени гомогенизации на вязкость жидкой композиции волокон, содержащей 5 мас.% овсяного волокна. Смесь овсяного волокна и воды гомогенизировали под давлением 250 бар путем рециркуляции смеси через гомогенизатор согласно Примеру 3.
Фиг.3 показывает вязкость жидкой композиции волокон, полученной согласно Примеру 8 в двухстадийном процессе гомогенизации. На первой стадии 4,7 мас.% овсяного волокна добавляют к водной среде, и смесь гомогенизируют так, чтобы ее вязкость существенно уменьшалась. На второй стадии 1,2 мас.% овсяного волокна далее добавляют к смеси, и смесь повторно гомогенизируют.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Пример 1
Волокно овса с содержанием β-глюкана 20 мас.% и содержанием крахмала 13 мас.% (ОВС XD20, Suomen Viljava) смешивали с водой в соотношении 5,6 мас.% овсяного волокна на 94,4 мас.% воды, вследствие чего содержание β-глюкана в смеси составило 1,1 мас.%, содержание диетического волокна - 2,1 мас.%, а содержание крахмала - 0,8 мас.%.
Эту смесь обрабатывали четырьмя различными способами. Что касается обработок, описанных ниже, Методики 1-3 отражают известные условия смешения и гомогенизации для различных типов композиций на основе зерна, а Методика 4 описывает обработку согласно изобретению.
Методика 1): Смесь нагревали до температуры 90°С и выдерживали при этой температуре в течение 30 мин. Смесь перемешивали с помощью лопастной мешалки, но не гомогенизировали.
Методика 2): Смесь нагревали до температуры 90°С и гомогенизировали один раз в гомогенизаторе высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8.30Н) под давлением 250 бар.
Методика 3): Смесь нагревали до температуры 90°С и гомогенизировали дважды в гомогенизаторе высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8.30Н) так, чтобы давление при первой гомогенизации составило 160 бар, а при второй гомогенизации - 120 бар.
Методика 4): Смесь гомогенизировали в гомогенизаторе высокого давления при комнатной температуре путем рециркуляции смеси через гомогенизатор высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8.30Н) под давлением 200 бар. Рециркуляцию выполняли так, чтобы вход и выход гомогенизатора были связаны с одним и тем же промежуточным резервуаром, где всю порцию смеси, подлежащую обработке, перемешивали с помощью лопастной мешалки. Рециркуляцию продолжали до тех пор, пока объем материала, прошедшего через гомогенизатор, не равнялся четырем первоначальным объемам смеси. После этого всю смесь гомогенизировали один раз под давлением 200 бар без рециркуляции.
Наконец, полученные смеси, используя Методики 1-4, нагревали до температуры 90°С, после чего их охлаждали до комнатной температуры. Структуру композиций с волокном, полученных таким образом, оценивали органолептически, используя следующие описательные термины: не текучая густая кашицеобразная, не текучая кашицеобразная и жидкая текучая. Кроме того, вязкость композиций волокон измеряли с помощью вискозиметра Visco 88 (Bohlin). Следует заметить, что композиции волокон, полученные по Методикам 1-3, были кашицеобразными и не имели никаких текучих свойств. Вместо этого, композиция волокон, полученная по Методике 4, являлась текучей жидкостью, и ее вязкость была очевидно ниже, чем вязкость других продуктов (Таблица 2 и Фиг.1).
Таблица 2
Структура композиций волокон, приготовленных согласно Примеру 1, оцененная органолептически, и вязкость при скорости сдвига 50 1/с, измеренная при температуре 15°С.
Методика 1)
Методика 2)
Методика 3)
Методика 4)
Структура
Не текучая густая кашицеобразная
Не текучая кашицеобразная
Не текучая кашицеобразная
Жидкая текучая
Вязкость (мПа·с)
1350
1194
1160
367
Пример 2
Волокно овсяного зерна с содержанием β-глюкана 22 мас.% (шведское овсяное волокно OatWell 22) смешивали с водой в соотношении 4 мас.% овсяного волокна на 96 мас.% воды, вследствие чего содержание β-глюкана в смеси составило 0,9 мас.%, а содержание диетического волокна составило 1,8 мас.%.
Смесь гомогенизировали в гомогенизаторе высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8.30Н) под давлением 300 бар и при температуре 20°С. Эту смесь гомогенизировали второй раз под давлением 300 бар, после чего измеряли вязкость. После этого выполняли третью гомогенизацию, используя давление 300 бар, и также измеряли ее вязкость.
Для сравнения обрабатывали соответствующую смесь путем нагрева ее до 90°С, обычного перемешивания и выдерживания при этой температуре в течение 20 минут, то есть согласно Методикам, аналогичным Методике 1 из Примера 1. Этим способом, например, получают полностью гидратированную смесь. Эту смесь не гомогенизировали. Для другого сравнения всю смесь гомогенизировали один раз в гомогенизаторе высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8.30Н) под давлением 250 бар.
Композиции волокон, полученные этим способом, доводили до температуры 25°С, и их вязкости измеряли с помощью вискозиметра Visco 88 (Bohlin). Следует заметить, что гомогенизация в условиях согласно изобретению привела к получению композиции волокон менее вязкой и, таким образом, более текучей (Таблица 3).
Результаты показывают, что при скоростях сдвига 24, 43 и 77 1/с уменьшение вязкости композиций согласно изобретению составляет по меньшей мере 40% по сравнению с соответствующим полностью гидратированным негомогенизированным продуктом.
Пример 3
Волокно овса с содержанием β-глюкана 20 мас.% и содержанием крахмала 13 мас.% (ОВС XD20, Suomen Viljava) смешивали с водой в соотношении 5 мас.% овсяного волокна на 95 мас.% воды, вследствие чего содержание β-глюкана в смеси составило 1,0 мас.%, содержание диетического волокна 1,8 мас.%, а содержание крахмала 0,7 мас.%.
Смесь нагревали до температуры 60°С, после чего ее гомогенизировали при 60°С, путем рециркуляции смеси через гомогенизатор высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8.30Н) под давлением 250 бар, так чтобы вход и выход гомогенизатора были связаны с одним и тем же промежуточным резервуаром.
После того как смесь подвергали рециркуляции через гомогенизатор, так чтобы объем, прошедший через гомогенизатор, соответствовал всей порции смеси, подлежащей гомогенизации, на выходе из гомогенизатора отбирали образец для измерения вязкости. После этого продолжали рециркуляцию смеси через гомогенизатор и отбирали новые образцы из смеси до тех пор, пока через гомогенизатор не пройдет объем, в 2, 3, 4 и 5 раз больший общего объема порции смеси, подлежащей обработке.
Следует заметить, что при проведении гомогенизации дольше, чем необходимо для достижения гомогенности (Таблица 4, Фиг.2), вязкость смеси при температуре 20°С быстро понижалась.
Таблица 4
Влияние степени гомогенизации на вязкость жидкой композиции волокон, содержащей 5% овсяного волокна. Смесь овсяного волокна и воды гомогенизировали под давлением 250 бар, путем рециркуляции смеси через гомогенизатор в соответствии с Примером 3.
Степень гомогенизации
1 объем*
2 объема*
3 объема*
4 объема*
5 объемов*
Вязкость (мПа·с)
1047
694
377
324
306
* Смесь подвергали рециркуляции через гомогенизатор так, чтобы объем вещества, прошедшего через гомогенизатор, был в 1, 2, 3, 4 и 5 раз больше общего объема порции смеси, подлежащей обработке.
Пример 4
Волокно овса с содержанием β-глюкана 15 мас.% и содержанием крахмала 25 мас.% (OBCN-15, Suomen Viljava) смешивали с водой в количествах 1 мас.% (контрольная проба) и 7 мас.%, вследствие чего содержание β-глюкана в смеси составило 0,2 мас.% и 1,1 мас.%, содержание диетического волокна составило 0,3 мас.% и 2,2 мас.% и содержание крахмала 0,2 мас.% и 1,8 мас.%. Эту смесь гомогенизировали при комнатной температуре в гомогенизаторе высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8,30Н) таким образом, чтобы давление гомогенизации равнялось 400 бар. После гомогенизации смесь нагревали до температуры 70°С, затем ее охлаждали до температуры 4°С. Смесь выдерживали при температуре 4°С в течение 1 дня (Таблица 5). Этим способом была получена жидкая композиция волокон, в которой частицы из овсяного зерна оставались диспергированными в жидкости, не осаждаясь на дне жидкости. Такой способ получения позволяет композиции волокон, к которой добавлено 7 мас.% овсяного волокна, оставаться жидкой и текучей.
Таблица 5
Влияние содержания овсяного волокна на стабильность структуры композиции волокон, полученной с помощью гомогенизации
Количество овсяного волокна
Содержание диетического волокна в композиции волокон
Содержание β-глюкана
Структура композиции волокон после 1 дня хранения
1%
0,3%
0,2%
Отделились слои воды и волокна
7%
2,2%
1,1%
Гомогенная структура
Пример 5
Апельсиновый сок, обогащенный волокном.
Получали жидкую композицию волокон, смешивая овсяное волокно (шведское овсяное волокно OatWell 22, с содержанием глюкана 22 мас.%) с апельсиновым соком (Appelsiinimehu, Valio) в соотношении 4,8 мас.% овсяного волокна на 95,2 мас.% апельсинового сока. В этой смеси содержание компонентов на основе зерна составило: β-глюкана - 1,1 мас.% и диетического волокна - 2,1 мас.%. Смесь гомогенизировали дважды в гомогенизаторе высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8.30Н) при комнатной температуре так, чтобы давление гомогенизации составило 300 бар. После гомогенизации смесь нагревали до температуры 70°С, затем ее охлаждали до температуры 4°С. Композицию с волокном выдерживали при 4°С в течение 24 часов без перемешивания. После выдерживания структуру оценивали органолептически. Следует заметить, что структура жидкой композиции с волокном оставалась гомогенной.
Пример 6
Маслосодержащая композиция с волокном
Овсяное волокно (ОВС XD20, Suomen Viljava) с содержанием β-глюкана 20 мас.% смешивали с холодной водой так, чтобы содержание сухого остатка смеси составило 4,7 мас.%, вследствие чего содержание β-глюкана в смеси составило 0,9 мас.%, содержание диетического волокна 1,7 мас.% и содержание крахмала 0,6 мас.%.
Смесь гомогенизировали в гомогенизаторе высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8.30Н) под давлением 150 бар. Выполняли три последовательные гомогенизации, после чего смесь нагревали до температуры 85°С. К горячей смеси добавляли 20 мас.% льняного масла, и смесь гомогенизировали один раз в гомогенизаторе высокого давления под давлением 400 бар. Смесь охлаждали и хранили при 4°С в течение 5 дней. После хранения оценивали органолептически структуру полученной таким образом жидкой композиции с волокном и возможное разделение масла и водной фазы на отдельные слои. Следует заметить, что структура композиции после хранения была гомогенной, так что овсяное волокно не осаждалось на дне, и масло не выделялось на поверхности. Добавление масла не оказало никакого заметного влияния на текучесть композиции.
Пример 7
Кислое молоко, обогащенное волокном.
Овсяное волокно (OBCN-15, Suomen Viljava) смешивали с кислым молоком (Gefilus 1%, Valio Оy) в соотношении 5 г овсяного волокна на 95 г кислого молока, вследствие чего содержание β-глюкана смеси составило 1,0 мас.%, содержание диетического волокна 1,9 мас.% и содержание крахмала 0,7 мас.%. Смесь гомогенизировали три раза в гомогенизаторе высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8.30Н) под давлением 400 бар. После гомогенизации смесь нагревали до температуры 85°С, где ее выдерживали в течение 5 мин. Смесь охлаждали и хранили при 4°С в течение 5 дней. После хранения оценивали органолептически структуру полученной таким образом жидкой композиции с волокном. Следует заметить, что состояние композиции было жидко-текучим и структура продукта после хранения была гомогенной.
Пример 8
Овсяное волокно (ОВС XD20, Suomen Viljava) смешивали с холодной водой так, чтобы содержание сухого остатка смеси составило 4,7 мас.%, вследствие чего содержание β-глюкана смеси составило 0,9 мас.%, содержание диетического волокна 1,7 мас.% и содержание крахмала 0,6 мас.%. Смесь гомогенизировали в гомогенизаторе высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8.30Н) под давлением 150 бар. Гомогенизацию выполняли четыре раза подряд. Вязкость смеси измеряли при температуре 25°С в зависимости от скорости сдвига с помощью вискозиметра Visco 88 (Bohlin), и к ней добавляли овсяное волокно (ОВС XD20, Suomen Viljava) в количестве 1,2 мас.% от массы смеси. Эту смесь повторно гомогенизировали в гомогенизаторе высокого давления (Rannie MINI-LAB, модель 8.30Н) под давлением 150 бар. Вязкость смеси измеряли при температуре 25°С в зависимости от скорости сдвига с помощью вискозиметра Visco 88 (Bohlin). Содержание β-глюкана в конечной композиции с волокном составило 1,2 мас.%; содержание диетического волокна составило 2,1 мас.% и содержание крахмала 0,8 мас.%. Обе композиции с волокном находились в жидком текучем состоянии.
Следует заметить, что последнее добавление волокна может использоваться для того, чтобы повлиять на вязкость и текучие свойства жидкой композиции с волокном (Фиг.3). Это позволяет регулировать структуру и содержание волокна в жидкой композиции с волокном до желаемого значения в широком диапазоне содержания волокна.
Пример 9
Жидкая композиция с волокном, содержащая пробиотик
7
8
Для получения композиции с волокном использовали Методику 4 из Примера 1. Подвергнутый лиофильной сушке порошок бактерий (Bifidobacterium longum BL2C) добавляли к смеси таким образом, чтобы содержание BL2C в продукте составило от 10 до 10 КОЕ/мл. Продукт упаковывали в 1-литровые пакеты и хранили в прохладном месте (4-6°С). Кроме того, соответствующую композицию хранили в тех же самых условиях, не добавляя к ней никакого порошка бактерий.
Еженедельно в течение 3 недель анализировали содержание бактерий и рН композиций и выполняли органолептические оценки. Вязкость измеряли в конце времени хранения. Содержание бактерий определяли с помощью коммерческого MRS агара, к которому добавляли 0,5 мас.% цистеина. рН измеряли с помощью рН-метра РНМ220 LAB (Radiometer), а вязкость измеряли с помощью вискозиметра Visco 88 (Bohlin) при 4°С и при комнатной температуре.
6
Содержание бифидобактерий уменьшалось примерно на 1 log единицу в течение времени хранения жидкой композиции с волокном, оставаясь на желательном уровне >10 КОЕ/мл. При хранении не произошло никаких существенных изменений рН и вязкости (Таблицы 6 и 7). Таким образом, жидкая композиция с волокном также хорошо подходит к продуктовой основе пробиотических композиций, и добавление пробиотиков не ухудшает свойств композиций, которые могут ощущаться. Кроме того, следует заметить, что композиция была жидкостью и при 4°С, и при комнатной температуре.
Таблица 6
Содержание бактерий, рН и органолептическая оценка качества жидкой композиции с волокном, обогащенной бактериями В.longum 2C
Время (недели)
Содержание (КОЕ/мл)
рН
Органолептическая оценка качества
0
9×10<sup>7</sup>
6,8
хорошее
1
2×10<sup>7</sup>
6,4
хорошее
2
3×10<sup>7</sup>
6,4
хорошее
3
2×10<sup>6</sup>
6,2
хорошее
Таблица 7
Влияние обогащенности бактериями и температуры на вязкость жидкой композиции с волокном
Скорость сдвига (1/с)
Вязкость (мПа·с)
Без клеток, 4°С
Без клеток, комнатная температура
Обогащенная бактериями B.longum 2C, комнатная температура
24
482
273
274
43
433
247
237
77
387
223
210