БЫСТРОРАСТВОРИМЫЙ ПРОДУКТ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НАПИТКА
INSTANT PRODUCT FOR BEVERAGE PREPARATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу производства быстрорастворимых порошков для приготовления напитков, которые при восстановлении водой образуют вспененную верхнюю поверхность. Способ предусматривает использование пористого порошка-основы, к которому настоящее изобретение также относится.
Уровень техники
В большинстве случаев термин "быстрорастворимые напитки" употребляется для описания таких продуктов, как чай, кофе или др., которые реализуются в легко восстанавливаемой водой форме для приготовления напитка. Такие напитки в типичных случаях имеют твердую форму и быстро растворяются в горячей воде.
Термин "быстрорастворимый кофе" употребляется для описания кофе, приготовленного экстракцией обжаренного и молотого кофе с последующей (в обычных случаях) переработкой экстракта в порошкообразный продукт традиционным способами, такими как сублимационная сушка, распылительная сушка или др.
Для приготовления напитка требуется просто добавить воду к порошку, что позволяет отказаться от сложного и трудоемкого процесса приготовления напитка из традиционного обжаренного и молотого кофе.
Однако в отличие от кофейных напитков, приготовленных из обжаренного и молотого кофе, напитки, приготовленные из быстрорастворимого кофе, обычно не показывают образования тонкой кофейной пенки на верхней поверхности при восстановлении горячей водой.
Вспененная верхняя поверхность напитков, приготовленных из обжаренного и молотого кофе, в типичных случаях связана или обусловлена, по меньшей мере, частично, принципом действия кофемашин, в которых кофе заваривается подаваемыми под давлением водой и/или паром.
Известно, что указанная пенка положительно влияет на послевкусие продукта при его употреблении и поэтому высоко ценится многими потребителями. Кроме того, действие этой пенки проявляется в удерживании в напитке намного большего количества летучих ароматических веществ, так что потребитель может в полной мере ощутить их, чем при высвобождении ароматов в окружающую атмосферу.
Однако быстрорастворимые напитки, например, быстрорастворимый кофе нельзя приготовить в аппарате для заваривания обжаренного и молотого кофе, поэтому механизм образования кофейной пленки в напитке, получаемом из обжаренного и молотого кофе, не может быть реализован в быстрорастворимых напитках.
Вместо этого пенка должна генерироваться путем простого смешивания быстрорастворимого продукта для приготовления напитка с жидкостью.
US-A-6713113 раскрывает порошкообразный растворимый пенообразующий ингредиент, который имеет матрицу, содержащую углевод, белок и вкрапления сжатого газа. Газ высвобождается при добавлении сухого порошка к жидкости.
US-A-4830869 и US-A-4903585 (Wimmers et al.) раскрывают способ приготовления кофейного напитка, имеющего плотный слой кофейной пленки на поверхности и напоминающего по внешнему виду кофе капучино. Отмеренное количество быстрорастворимого кофе распылительной сушки смешивается при интенсивном перемешивании с небольшим количеством холодной воды с получением вспененного концентрата кофе. Затем для приготовления кофейного напитка добавляется горячая вода.
US-A-4618500 (Forquer) описывает способ приготовления заваренного по типу эспрессо кофейного напитка, который содержит пенку на поверхности. Для образования пенки в заваренный кофейный напиток инжектируется пар.
US-A-3749378 (Rhodes) раскрывает аппарат для вспенивания кофейного экстракта. Сначала в кофейный экстракт вводится газ, а затем вспененный кофе подвергается распылительной сушке с получением растворимого кофейного продукта с низкой насыпной плотностью.
Аналогичный способ описан в EР 0839457 B1 (Kraft Foods), в котором растворимый кофе-порошок вспенивается за счет инжекции газа. Затем размер газовых пузырьков снижается до такой степени, чтобы в готовом продукте их размер составлял менее 10 микрометров.
Тем не менее, многие быстрорастворимые вспененные напитки имеют тот недостаток, что первоначально образующаяся пенка не сохраняется в процессе употребления напитка либо по своей структуре является скорее грубодисперсной, чем тонкодисперсной и однородной (бархатистой), которая высоко ценится потребителями. Альтернативно или дополнительно, количество образующейся пенки может быть просто недостаточным.
Авторами настоящей заявки установлено, что порошки с определенной микроструктурой обеспечивают производство быстрорастворимого продукта для приготовления напитка, который дает отличную пенку и легко растворяется при восстановлении жидкостью.
Ими установлено также, что процесс получения предшественника с определенной микроструктурой и агломерация указанного предшественника при определенных условиях позволят обеспечить производство быстрорастворимого продукта для приготовления напитка, который дает отличную пенку при восстановлении его водой.
Известна агломерация пищевых продуктов спеканием. Например, US-A-6497911 (Niro) относится к способу приготовления водорастворимого кофейного или чайного продукта с использованием не увлажняемого повторно материала в виде макрочастиц, полученного из экстракта путем сушки. В ходе осуществления способа требуется уплотнение продукта под действием внешнего усилия, что приводит к получению готового продукта, недостатком которого является возможное разрушение структуры внутренних пор.
US-A-5089279 (Conopco) относится к способу спекания, который проводится в закрытом контейнере во избежание влагопотерь в процессе спекания. Способ подходит, например, для кондитерской промышленности, поскольку позволяет получить спеченную кондитерскую массу.
US-A-4394395 (Nestlé) описывает способ производства пищевого продукта, согласно которому порошок дозируется в формы, слабо прессуется, а затем подвергается нагреву с целью спекания порошка. Это позволяет получить формованный пищевой продукт.
US 3592659 (General Foods Corporation) раскрывает способ агломерации замороженных частиц, который может применяться в производстве быстрорастворимого кофе. Однако указывается, что восстановление полученных агломератов генерирует меньше пенки, чем в случае стандартного кофе распылительной сушки.
US 3573060 (Hills Bros. Coffee) относится к кофейному экстракту сублимационной сушки, который является высокопористым и изготовляется шоковым замораживанием капель кофейного экстракта с последующей сублимационной сушкой их.
DE 19750679 (Windhab et al.) относится к эмульсиям вода-в-масле или вода-в-масле-в-воде, которые замораживаются распылением и спекаются для повышения их стойкости в хранении при низкой температуре.
Способ замораживания распылением таких жидких продуктов, как молоко, кофе, фруктовые соки, описан также в US 3670520 (Bonteil et al.).
Способ сушки, в котором жидкие вещества, такие как фруктовый сок, фармацевтические средства, нутрицевтики, чай и кофе, подвергаются распылительной сублимационной сушке, описан также в WO 2005/105253 (Agresearch Limited).
Однако вышеописанные способы не дают продукта с желательными характеристиками пористости, необходимыми для образования пенки при его восстановлении водой.
Помимо этого, известна агломерация с применением процесса спекания для того, чтобы вызвать частичное или полное разрушение микроструктуры (пор) в продукте, внутри которой может содержаться газ. Эту проблему можно отнести и к получению напитка, имеющего желательную вспененную верхнюю поверхность.
Таким образом, настоящее изобретение направлено на обеспечение порошка для приготовления напитка, который при восстановлении дает напиток с желательной вспененной верхней поверхностью.
Сущность изобретения
Задача изобретения решается самостоятельными (независимыми) пунктами формулы. Зависимые пункты формулы изобретения развивают далее главную идею изобретения.
Таким образом, в первом аспекте обеспечивается способ производства быстрорастворимого порошка для приготовления напитка, включающий стадии:
a) обеспечения пористого порошка-основы,
b) спекания порошка-основы при температуре ниже 0°C с получением спеченной лепешки,
c) измельчения спеченной лепешки в порошок,
d) сублимационной сушки порошка для получения указанного быстрорастворимого порошка для приготовления напитка.
Быстрорастворимый порошок для приготовления напитка, полученный указанным способом, также является частью настоящего изобретения.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к пористому замороженному распылением порошку, имеющему пористость частиц, по меньшей мере, 35%; объем пор, заполненных кристаллами льда, менее 2,5 мл/г и размер пор, заполненных кристаллами льда, менее 3 микрометров.
Быстрорастворимый порошок для приготовления напитка, получаемый холодным спеканием порошка по любому из пунктов 17-25, также относится к настоящему изобретению.
Согласно следующему аспекту изобретения обеспечивается спеченный быстрорастворимый порошок для приготовления напитка, имеющий способствующую вспениванию пористость (далее по тексту - вспенивающая пористость), по меньшей мере, 35%, в котором порошок содержит пустоты, образовавшиеся в результате сублимации льда.
Равным образом, получаемый холодным спеканием быстрорастворимый порошок для приготовления напитка, содержащий пустоты, образовавшиеся в результате сублимации льда, по всему объему частиц порошка также составляет часть изобретения.
Еще один аспект изобретения касается способа приготовления быстрорастворимого напитка, включающего стадию восстановления жидкостью быстрорастворимого порошка для приготовления напитка по пункту 16 или по любому из пунктов 27-34.
Краткое описание фигур
Настоящее изобретение описывается далее со ссылкой на некоторые варианты его воплощения, представленные на прилагаемых фигурах, среди которых:
Фиг.1 является SEM (сканирующий электронный микрограф)-изображением спеченного образца согласно изобретению, на котором хорошо видны пустоты между частицами (1), полость, освободившаяся от кристаллов льда после сублимационной сушки, (2) и заполненные газом поры, образовавшиеся в процессе распылительной сушки (3).
Фиг.2 является SEM-изображением спеченной гранулы, на котором хорошо видна агломерация частиц порошка-основы.
Фиг.3 является SEM-изображением, на котором хорошо видны полость, освободившаяся от кристаллов льда после сублимационной сушки (2), и заполненные газом поры, образовавшиеся в процессе замораживания распылением (3).
Фиг.4 является графиком сравнения объема открытых пор в сублимированном кофе (FD) промышленного производства и продукте изобретения (PI).
Фиг.5 является SEM-изображением замороженного распылением и подвергнутого сублимационной сушке порошка согласно изобретению.
Фиг.6 является схемой способа производства замороженных распылением частиц согласно настоящему изобретению, на которой 6.1 обозначает в типичных случаях кофейную пасту; 6.2 показывает инжекцию пара; 6.3 обозначает смесительное устройство, 6.4 - теплообменник, 6.5 - насос; 6.6 показывает транспортирование вспененной пасты перед ее распылением и 6.7 обозначает камеру замораживания распылением.
Фиг.7 является схематическим изображением гранулы согласно настоящему изобретению, которое показывает гранулу (1), содержащую закрытые поры (2), открытые поры с диаметром отверстия более 2 микрометров (3) и открытые поры с диаметром отверстия менее 2 микрометров (4).
Фиг.8 является схемой устройства, используемого для измерения объема пенки (cremá) в образцах, на которой (8.1) - пластиковая шкала для считывания объема пенки, (8.2) - резервуар для воды, (8.3) - крышка резервуара для восстановления, (8.4) - соединительный клапан, (8.5) - резервуар для восстановления и (8.6) - выпускной клапан.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к производству быстрорастворимого порошка для приготовления напитка. Под "быстрорастворимым напитком" имеется в виду любой напиток, который может восстанавливаться добавлением жидкости, например, горячей воды. Таким напитком может быть кофе, чай, сок, молочный коктейль и др.
Настоящее изобретение относится к быстрорастворимым порошкам для приготовления напитков, которые при восстановлении жидкостью дают отличную вспененную верхнюю поверхность (называемую пенкой), считающуюся предпочтительным органолептическим показателем продукта.
В одном варианте воплощения изобретения быстрорастворимый порошок для приготовления напитка имеет форму гранул. Далее по тексту термин "гранула" употребляется для описания порошка, который может быть получен агломерацией мелких частиц порошка. Т.е. гранулы состоят из мелких частиц, составляющих порошок. Эти мелкие, составляющие порошок, частицы могут частично сплавляться друг с другом, образуя более крупные гранулы.
В настоящей заявке термины "порошок" и "гранулы" являются взаимозаменяемыми и употребляются для обозначения спеченных быстрорастворимых порошков для приготовления напитков согласно настоящему изобретению и порошков более тонкого измельчения, использующихся для производства указанных спеченных порошков. Какой именно термин имеется в виду ясно из контекста.
Таким образом, настоящее изобретение относится к способу производства быстрорастворимого порошка для приготовления напитка, который включает на первой стадии обеспечение пористого порошка-основы. Предпочтительно пористый порошок-основа представляет собой замороженный распылением порошок. Такой порошок показан на фиг.5.
Замораживание распылением - это технология, которая известна уже много лет. Она заключается в распылении жидкости в виде капель с одновременным замораживанием этих капель.
В настоящем изобретении замораживание распылением может осуществляться согласно процессу, схематически показанному на фиг.6. Жидкость, подлежащая замораживанию распылением, может представлять собой любой напиток, предпочтительно она является кофейным экстрактом (6.1). Кофейный экстракт предпочтительно имеет содержание сухого вещества свыше 40%, более предпочтительно - свыше 50%. В кофейный экстракт сначала добавляется газ (6.2), предпочтительно азот, с помощью распылительного устройства, равномерно распределяющего газ. Газ может добавляться до или после насоса высокого давления. Для гарантированного получения гомогенной дисперсии газовых пузырьков предпочтительно применяется смесительное устройство (6.3). В предпочтительном варианте воплощения изобретения для охлаждения вспененного экстракта после инжекции газа используется теплообменник (6.4). Температура экстракта должна поддерживаться в диапазоне от 0°C до 60°C, предпочтительно - от 0°C до 30°C, например, от 10°C до 25°C или от 15°C до 30°C. Затем вспененный экстракт поступает в насос высокого давления (6.5) или гомогенизатор, в котором давление экстракта может повышаться до 65-400 бар, предпочтительно - до 85-250 бар. После этого вспененный экстракт (6.6) перекачивается насосом в верхнюю часть башни для замораживания распылением (6.7), где экстракт подвергается мелкокапельному распылению. Известный процесс замораживания распылением может осуществляться путем прямого или косвенного контакта с криогенными жидкостями, такими как жидкий азот, охлажденный воздух и жидкий диоксид углерода.
Этот способ приводит к получению пористого порошка, замороженного распылением, который может применяться в качестве основы для производства быстрорастворимых гранул для приготовления напитка согласно настоящему изобретению. Альтернативно замороженный распылением порошок может сразу же подвергаться сублимационной сушке с получением пористого порошка из макрочастиц, который может использоваться в производстве быстрорастворимых напитков, например, в производстве быстрорастворимого порошка для приготовления напитка.
Пористый замороженный распылением порошок настоящего изобретения показывает пористость частиц, по меньшей мере, 35%; объем пор, заполненных кристаллами льда, - менее 2,5 мл/г, предпочтительно - менее 2,0 мл/г, и размер пор, заполненных кристаллами льда, - менее 3 микрометров, предпочтительно - от 0,1 до 3 микрометров. Предпочтительно пористость частиц составляет от 35% до 85%, более предпочтительно - от 45% до 70%.
Пористость частиц может определяться методами, известными квалифицированному в данной области техники специалисту, таким как ртутная порометрия и др. Равным образом, объем пор, заполненных кристаллами льда, и размер пор, заполненных кристаллами льда, могут измеряться ртутной порометрией и SEM.
50
Предпочтительно замороженный распылением порошок имеет средний диаметр пор (D) менее 40 микрометров, более предпочтительно - менее 25 микрометров.
Распределение пор по размерам в замороженном распылением порошке изобретения может характеризоваться коэффициентом границ диапазона распределения менее 4, предпочтительно - менее 3, более предпочтительно - менее 2, наиболее предпочтительно - менее 1. Коэффициент границ диапазона распределения определяется рентгеновской томографией. Диапазон распределения рассчитывается по следующему уравнению:
<mrow><mtext>диапазон</mtext><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mtext>D</mtext><mrow><mtext>90</mtext></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mtext>D</mtext><mrow><mtext>10</mtext></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mtext>D</mtext><mrow><mtext>50</mtext></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
90
10
50
где D, D и D обозначают, соответственно, эквивалентный размер пор, составляющих 90%, 10% и 50% вышеупомянутого распределения пор по размерам. Распределение пор по размерам основано на распределении объема пустот. То есть, чем меньше коэффициент границ диапазона распределения, тем более узким и однородным является распределение пор.
50
Пористый замороженный распылением порошок изобретения характеризуется также насыпной плотностью от 150 до 650 г/л. Пористый замороженный распылением порошок-основа предпочтительно имеет размер частиц (D) от 50 до 300 микрометров, более предпочтительно - от 100 до 200 микрометров.
Затем пористый порошок-основа используется на последующей стадии спекания согласно способу настоящего изобретения. Спекание проводится при температуре ниже 0°C с получением спеченной лепешки.
В соответствии с одним из вариантов воплощения изобретения пористый порошок-основа, который предпочтительно заморожен распылением, перед стадией спекания поддерживается при температуре ниже 0°C. Предпочтительно он поддерживается при температуре ниже -15°C, более предпочтительно - при температуре ниже -30°C. Затем порошок переносится на ленточный конвейер, который проходит через зону спекания. В идеальном случае порошок-основа в непрерывном режиме поступает в питатель/распределитель, откуда он распределяется на ленточный конвейер. Поэтому ленточный конвейер транспортирует насыпной слой частиц порошка-основы. Предпочтительно уплотнения указанного слоя перед спеканием не проводится.
Температура в зоне спекания составляет ниже 0°C, предпочтительно - от -10°C до -30°C. Предпочтительно температура в зоне спекания выше температуры пористых частиц. Время пребывания в зоне спекания может составлять менее четырех часов, предпочтительно - менее одного часа.
Частицы порошка-основы на входе в зону спекания нагреваются до температуры, выше их температуры стеклования, при которой они начинают сплавляться друг с другом. Степень спекания или сплавления повышается с увеличением времени пребывания и ростом температуры в зоне спекания. Предпочтительно процесс спекания должен контролироваться с тем, чтобы достигнуть температуры, при которой степень сплавления частиц друг с другом будет достаточной для поддержания достаточно прочной текстуры продукта, при этом необходимо избегать чрезмерного спекания частиц, при температуре которого происходит разрушение внутренней микроструктуры и высвобождение определенного объема газа (ответственного за образование пенки). В результате сплавления частиц друг с другом и последующего разрушения объем пустот между частицами в готовом продукте (т.е. пустое пространство между отдельными частицами порошка-основы) начинает сокращаться, что замедляет растворение в готовом продукте.
Полученная спеканием лепешка предпочтительно пропускается через зону охлаждения. Температура в зоне охлаждения ниже температуры в зоне спекания. В типичных случаях температура в зоне охлаждения составляет ниже -10°C, предпочтительно - ниже -20°C, более предпочтительно - ниже -30°C.
В процессе измельчения из полученной спеканием лепешки образуются гранулы, размер которых в типичных случаях составляет более 0,5 мм, предпочтительно - менее 4 мм.
После измельчения гранулы подвергаются сублимационной сушке традиционными способами. Влагосодержание гранул после сублимационной сушки в типичных случаях составляет от 0,5% до 5%, например, от 0,5% до 4%.
В одном из вариантов воплощения изобретения все стадии способа могут проводиться в условиях холодильной камеры при температуре ниже 0°C, предпочтительно - ниже -15°C, более предпочтительно - ниже -30°C.
Гранулы готового быстрорастворимого напитка могут напоминать по текстуре обычный сублимированный кофе. Однако при восстановлении жидкостью, в типичных случаях горячей водой, указанные гранулы дают объем кофейной пенки, превосходящий объем пенки, образуемой известными продуктами. Например, 5 г гранул настоящего изобретения при восстановлении в 200 мл воды обеспечивают объем пенки, по меньшей мере, 3 мл. Количество образовавшейся пенки можно измерить с помощью простого устройства (фиг.8), состоящего из резервуара для восстановления, соединенного с резервуаром для воды, который изначально перекрывается клапаном. После восстановления резервуар для восстановления закрывается специальной крышкой, заканчивающейся капиллярной трубкой со шкалой. Затем клапан между резервуаром для восстановления и резервуаром для воды открывается, и вода (стандартная водопроводная воды любой температуры) проталкивает восстановленный напиток в капиллярную трубку, облегчая, тем самым, считывание объема пенки.
Быстрорастворимый порошок для приготовления напитка, который может быть получен настоящим способом, может представлять собой кофе-порошок или кофе-порошки с добавлением цикория, зерновых, молочного или немолочного забеливателя, какао-порошок, шоколад в порошке или порошок для приготовления солодового напитка. Быстрорастворимый порошок для приготовления напитка может смешиваться с любым другим ингредиентом, пригодным для введения в напиток, например, кофе-порошок по изобретению может смешиваться с забеливателем и/или подсластителем для получения кофейной смеси, пригодной для приготовления, например, кофе латте (cafe latte), каппучино или т.п.
Полученные спеканием гранулы настоящего изобретения показаны на фиг.1-3. Фиг.2 показывает гранулу согласно настоящему изобретению, в которой различимы частицы первоначального порошка. Фиг.1 является увеличенным SEM-изображением, показывающим пустоты (1) между частицами порошка-основы, пустоты, образовавшиеся в результате сублимации кристаллов льда (2) в процессе сублимационной сушки, и закрытые поры (3), являющиеся результатом пористости первоначального порошка-основы. Все эти перечисленные элементы четко видны также на фиг.3, представляющей собой еще одно увеличенное SEM-изображение гранул настоящего изображения.
На фиг.7 можно видеть, что гранулы настоящего изобретения (1) содержат закрытые поры (2), открытые поры с диаметром отверстия менее 2 микрометров (4) и открытые поры с диаметром отверстия более 2 микрометров (3). Кроме того, гранулы настоящего изобретения содержат также пустоты от сублимации льда, которые являются результатом сублимационной сушки охлажденной спеченной лепешки.
При восстановлении в жидкости гранулы изобретения продуцируют пенку. Поэтому гранулы изобретения могут определяться также вспенивающей пористостью.
Вспенивающая пористость - это мера пористости, которая участвует в образовании пенки и характеризует потенциальную вспенивающую способность порошка изобретения. В действительности, открытые поры (3) не играют большой роли или даже в некоторых случаях вообще не играют никакой роли в образовании пенки по сравнению с закрытыми порами (2). Поры с диаметром отверстия менее 2 микрометров (4) также могут способствовать образованию пенки, поскольку капиллярное давление в этих порах выше, чем давление окружающей среды, и это может содействовать образованию пенки. В настоящем изобретении вспенивающая пористость обусловлена наличием закрытых пор (2) и открытых пор, имеющих диаметр отверстия менее 2 микрометров (4).
Таким образом, при измерении вспенивающей пористости в расчет принимаются только закрытые поры (2), а также открытые поры (4), имеющие диаметр отверстия менее 2 микрометров, поскольку считается, что именно эти поры участвуют в образовании пенки. Вспенивающая пористость определяется отношением объема пор, участвующих в образовании пенки, к объему агрегатов за вычетом объема открытых пор с диаметром отверстия более 2 микрометров. Она может измеряться ртутной порометрией или рентгеновской томографией.
Вспенивающая пористость спеченного порошка настоящего изобретения, равно как и пористого порошка перед процессом спекания, составляет, по меньшей мере, 35%, например, по меньшей мере, 40% или, по меньшей мере, 50%. Предпочтительно вспенивающая пористость составляет от 35% до 85%, более предпочтительно - от 40% до 80%, еще более предпочтительно - от 40% до 75%, даже более предпочтительно - от 45% до 70%, наиболее предпочтительно - от 45% до 65%.
Таким образом, спеченный быстрорастворимый порошок для приготовления напитка, имеющий вспенивающую пористость, по меньшей мере, 35%, в котором порошок содержит пустоты, образовавшиеся в результате сублимации льда, является частью настоящего изобретения. Подобно пористому замороженному распылением порошку, спеченный порошок предпочтительно имеет объем пор, заполненных кристаллами льда, менее 2,5 мл/г, более предпочтительно - менее 2,0 мл/г.
Пустоты, являющиеся результатом сублимации льда, в спеченных порошках имеют размер менее 3 микрометров, предпочтительно - от 0,1 до 3 микрометров.
50
50
Согласно изобретению спеченные порошки имеют средний диаметр закрытых пор (D) менее 80 микрометров. Предпочтительно поры имеют средний диаметр (D) менее 60 микрометров, более предпочтительно - менее 50 микрометров, еще более предпочтительно - менее 40 микрометров, даже более предпочтительно - менее 30 микрометров, наиболее предпочтительно - менее 25 микрометров. Распределение пор по размерам основано на распределении пространства пустот.
Другой характеристикой спеченных порошков изобретения являются их открытые поры (3). Эти открытые поры формируют каналы, по которым жидкость проникает в порошки изобретения. Чем больше объем и размер открытых пор, тем больше глубина проникновения жидкости и тем выше растворимость. Поэтому порошки изобретения могут характеризоваться "объемом открытых пор" в них, который позволяет оценить способности порошка изобретению к растворению. При измерении объема открытых пор/ грамм порошка учитывается объем промежутков между порами, имеющими диаметр отверстия от 1 до 500 микрометров, который можно измерить ртутной порометрией.
Спеченные порошки настоящего изобретения характеризуются объемом открытых пор менее 3 мл/г. Предпочтительно объем открытых пор составляет от 0,5 до 2,5 мл/г, более предпочтительно - от 0,7 до 2,0 мл/г.
Авторами настоящего изобретения установлено также, что другим фактором, влияющим на растворимость и объем пенки, образующейся при восстановлении, является распределение пор по размерам, т.е. внутренних пустот (2) и открытых пор, имеющих отверстие менее 2 микрометров (4).
Распределение пор по размерам в спеченных порошках может характеризоваться коэффициентом границ диапазона распределения т менее 4, предпочтительно - менее 3, более предпочтительно - менее 2, наиболее предпочтительно - менее 1. Коэффициент границ диапазона распределения определяется рентгеновской томографией, как описано выше применительно к пористым порошкам, используемым в процессе спекания.
Спеченный порошок для приготовления напитка предпочтительно обладает насыпной плотностью от 100 до 300 г/л.
Настоящее изобретение обеспечивает также полученный холодным спеканием быстрорастворимый порошок для приготовления напитка, содержащий пустоты, образовавшиеся в результате сублимации кристаллов льда, по всему объему частиц порошка.
Настоящие спеченные порошки могут отличаться от обычных порошков сублимационной сушки распределением пор по диаметру. В действительности, фиг.4 показывает распределение пор по размерам в выпускаемом промышленностью кофе сублимационной сушки (FD). Поры размером от 1 до 40 микрометров образуются в результате сублимации кристаллов льда.
Продукт по изобретению (кофе) (PI) характеризуется распределением пор по размерам, в котором можно видеть два пика. Поры размером менее 3 микрометров образуются в результате сублимации кристаллов льда. Поры размером от 10 до 500 микрометров образуются в процессе спекания вследствие уплотнения промежутков между частицами или пустот между частицами.
Способ приготовления быстрорастворимого напитка, включающий стадию восстановления жидкостью спеченного быстрорастворимого порошка для приготовления напитка, как описано выше, также подпадает под настоящее изобретение.
Напиток предпочтительно представляет собой кофе или кофе с добавлением цикория, зерновых, молочного или немолочного забеливателя, какао, шоколадный или солодовый напиток. Наиболее предпочтительно в качестве жидкости для восстановления гранул настоящего изобретения использовать горячую воду, но это может быть также молоко, сок, холодная вода и др. в зависимости от требуемого готового напитка.
Настоящее изобретение иллюстрируется далее нижеследующими примерами, не ограничивающими его масштаб.
Примеры
Пример 1. Ртутная порометрия для оценки вспенивающей пористости, пористости частиц и объема открытых пор в спеченном порошке по настоящему изобретению
Для оценки структуры используется AutoPore IV 9520 (Micromeritics Inc. Norcrose, GA, USA). Рабочее давление интрузии Hg (ртути) составляет от 0,4 psia (абсолютное давление, фунтов/кв. дюйм) (0,0028 МПа) до 9000 psia (62,7 МПа) (с портом низкого давления от 0,4 psia до 40 psia (0,28 МПа) и портом высокого давления от 20 psia (0,14 МПа) до 9000 psia). Диаметр пор при указанном давлении составляет от 500 до 0,01 мкм. Настоящий анализ позволяет определить такие данные, как объем пор (мл/г) при различном диаметре пор (мкм).
Точно взвешивается примерно от 0,1 до 0,4 г образца и помещается в пенетрометр (объем 3,5 мл, диаметр узкой части или капиллярного стержня 0,3 мм, объем стержня 0,5 мл).
После подключения пенетрометра к порозиметру через порт низкого давления образец вакуумируется при 1,1 psia (0,008 МПа)/мин., затем прибор переключается на среднюю скорость при 0,5 psia (0,0035 МПа) и высокую скорость при 900 мкм рт.ст. (Hg). Целью вакуумирования является обеспечение давления 60 мкм Hg. По достижении указанного давления вакуумирование продолжается еще в течение 5 мин. до начала заполнения ртутью (Hg).
Измерение проводится в режиме уравновешивания по заданному интервалу времени. Т.е. определяются точки давления, в которых следует считывать данные, и период времени действия соответствующего давления в режиме уравновешивания по заданному интервалу времени (10 сек). Накапливается около 140 точек данных при указанных диапазонах давления.
Общий объем гранулята определяется исходя из первоначального объема ртути и держателя образца. Объем открытых пор с диаметром отверстия более 2 микрометров (3) определяется после интрузии ртути до диаметра 2 микрометра. Вычитание этого объема из общего объема гранулята дает новый объем гранулята, который включает закрытые поры (2), открытые поры с диаметром отверстия менее 2 микрометров (4) и объем кофейной матрицы. Объем закрытых пор, открытых пор с диаметром отверстия более 2 микрометров в грануляте определяется путем вычитания объема кофейной матрицы из нового объема гранулята. Объем кофейной матрицы определяется, исходя из массы образцы и плотности кофейной матрицы. Вспенивающая пористость есть отношение объема закрытых пор и открытых пор, имеющих диаметр отверстия менее 2 микрометров, к новому объему гранулята.
Пористость частиц порошка-предшественника может измеряться методом, описанным в US 60/976 229.
Объем открытых пор/г продукта в диапазоне диаметров от 1 до 500 микрометров дает "объем открытых пор".
Определение внутренней структуры частиц кофе с применением компьютерной рентгеновской микротомографии
Рентгенотомографические сканирования проводятся с помощью сканера 1172 Skyscan MCT (Антверпен, Бельгия) с источником рентгеновского излучения 80 кВ и 100 мкА. Сканирование выполняется в соответствии с программным обеспечением Skyscan (версия 1.5 (встроенный 0) А (цифровая камера 10 Мр от Hamamatsu)), реконструкция - с помощью программного обеспечения Skyscan recon (версия 1.4.4), анализ 3D (TpeXMepHoro) изображения - в соответствии с программным обеспечением CTAn (версия 1.7.0.3, 64-бит).
Для получения пиксельного размера 1 мкм устанавливается цифровая камера формата 4000×2096 пикселей, а образцы позиционируются в Far-положении. Время экспозиции составляет 2356 секунд. Сканирование осуществляется в диапазоне 180° с пошаговым поворотом 0,3° и кадровым усреднением 4.
Реконструкция набора данных выполняется в среднем на 800 тонкослойных срезах при контрасте параметров 0-0,25. Сглаживание и подавление кольцевого артефакта обеспечивается соответственно при 1 и 10.
Анализ 3D-изображений проводится на 1 мкм/пиксельные наборы данных. Указанный анализ выполняется в два этапа: на первом этапе выбирается представляющая интерес область гранулята, анализ которой предстоит провести, с исключением открытых пор с диаметром отверстия более 2 микрометров; на втором этапе определяется распределение пористости в выбранной области. Установленная вышеописанным методом величина вспенивающей пористости максимально близка к аналогичной величине, установленной методом ртутной порометрии.
Выбор представляющего интерес объема
Изображения 1 мкм/пиксельное разрешение сегментируются при 30-255, очищаются путем удаления любых единичных пятен менее 16 пикселей, а затем "расширяются" в результате операции дилатации морфологического анализа (радиус 3 пикселя). Выбор представляющего интерес объема осуществляется через функцию "ужатия" (shrink-wrap), затем выбранный объем "истончается" в результате операции эрозии морфологического анализа (радиус 3 пикселя) с целью регулирования поверхности частиц.
Распределение пространства пустот в представляющей интерес области
Изображения перезагружаются и сегментируются при 40-255. Затем рассчитывается вспенивающая пористость как отношение объема пор к общему объему области, представляющей интерес. Разделение структур дает распределение пор по размерам.
Объем открытых пор/грамм продукта в диапазоне диаметров менее 3 микрометров дает объем, вскрытый кристаллами льда. Это относится и к объему пор, заполненных кристаллами льда. Предпочтительный диапазон от 0,1 до 3 микрометров также может учитываться.
Пример 2a. Приготовление пористого порошка-основы
1. Газ-азот добавлялся в кофейный концентрат, представляющий собой смесь из 85% арабики/15% робуста с содержанием сухих веществ более 55%, с помощью распылительного устройства, равномерно распределяющего азот.
2. Скорость добавления азота составляла 2,2 литра азота/кг сухих веществ кофе.
3. Смесь газ/экстракт пропускалась через мешалку, работающую с высоким усилием среза, для гарантированного получения гомогенной дисперсии пузырьков азота, а также сокращения пузырьков в размерах.
4. Вспененный экстракт сразу же пропускался через теплообменник для охлаждения экстракта примерно до 27°C.
5. Затем вспененный экстракт поступал в насос высокого давления и сжимался под давлением 135 бар.
6. Экстракт распылялся под давлением 135 бар через вихревую форсунку для жидкости.
7. Замороженный порошок-основа использовался для производства продукта сублимационной сушки с пористой структурой.
Сухой порошок-основа продуцировал объем пенки 7,5 мл.
50
Сухой порошок-основа имел размер частиц (D) 218 микрон и насыпную плотность 334 г/л.
Пример 2b. Приготовление пористого порошка-основы
1. Газ-азот добавлялся в кофейный концентрат, представляющий собой смесь из 90% арабики/10% робуста с содержанием сухих веществ более 55%, с помощью распылительного устройства, равномерно распределяющего азот.
2. Скорость добавления азота составляла 2,2 литра азота/кг сухих веществ кофе.
3. Смесь газ/экстракт пропускалась через мешалку, работающую с высоким усилием среза, для гарантированного получения гомогенной дисперсии пузырьков азота, а также сокращения пузырьков в размерах.
4. Вспененный экстракт сразу же пропускался через теплообменник для охлаждения экстракта примерно до 27°C.
5. Затем вспененный экстракт поступал в насос высокого давления и сжимался под давлением 100 бар.
6. Экстракт распылялся под давлением 100 бар через вихревую форсунку для жидкости.
7. Замороженный порошок-основа использовался для производства продукта сублимационной сушки с пористой структурой,
Сухой порошок-основа продуцировал объем пенки 6,1 мл.
50
Сухой порошок-основа имел размер частиц (D) 226 микрон и насыпную плотность 481 г/л.
Пример 2с. Приготовление пористого порошка-основы
1. Газ-азот добавлялся в кофейный концентрат, представляющий собой смесь из 85% арабики/15% робуста с содержанием сухих веществ более 52%, с помощью распылительного устройства, равномерно распределяющего азот.
2. Скорость добавления азота составляла 2,9 литра азота/кг сухих веществ кофе.
3. Смесь газ/экстракт пропускалась через мешалку, работающую с высоким усилием среза, для гарантированного получения гомогенной дисперсии пузырьков азота, а также сокращения пузырьков в размерах.
4. Вспененный экстракт сразу же пропускался через теплообменник для охлаждения экстракта примерно до 36°C.
5. Затем вспененный экстракт поступал в насос высокого давления и сжимался под давлением 135 бар.
6. Экстракт распылялся под давлением 135 бар через вихревую форсунку для жидкости.
7. Замороженный порошок-основа использовался для производства продукта сублимационной сушки с пористой структурой.
Сухой порошок-основа продуцировал объем пенки 6,8 мл.
50
Сухой порошок-основа имел размер частиц (D) 177 микрон и насыпную плотность 545 г/л.
Пример 2d. Приготовление пористого порошка-основы
1. Газ-азот добавлялся в кофейную пасту, представляющую собой смесь из 85% арабики/15% робуста с содержанием сухих веществ более 59%, полученную методом экстракции А, через распылительное устройство, равномерно распределяющее азот.
2. Скорость добавления азота составляла 2,2 литра азота/кг сухих веществ кофе.
3. Смесь газ/экстракт пропускалась через мешалку, работающую с высоким усилием среза, для гарантированного получения гомогенной дисперсии пузырьков азота, а также сокращения пузырьков в размерах.
4. Вспененный экстракт сразу же пропускался через теплообменник для охлаждения экстракта примерно до 38°C.
5. Затем вспененный экстракт поступал в насос высокого давления и сжимался под давлением 155 бар.
6. Экстракт распылялся под давлением 155 бар через вихревую форсунку для жидкости.
7. Замороженный порошок-основа использовался для производства продукта сублимационной сушки с пористой структурой.
Сухой порошок-основа продуцировал объем пенки 7,2 мл.
50
Сухой порошок-основа имел размер частиц (D) 113 микрон и насыпную плотность 557 г/л.
Пример 3а. Приготовление быстрорастворимых гранул напитка
Предшественник (пористый замороженный распылением порошок) вручную формовался в тонкие пласты, т.е. предшественник вручную засыпался в прямоугольную форму размером 410 мм × 610 мм × 20 мм.
Пласты вручную переносились на изготовленный из нержавеющей стали ленточный конвейер для спекания, который размещался в холодильной камере с температурой -40°C.
Пласты перемещались по ленточному конвейеру в нагреваемую зону спекания с температурой воздуха -14°C, где оставались в течение 18 минут.
После спекания пласты поступали в зону охлаждения, снимались с ленты и последовательно измельчались до образования текстуры, аналогичной текстуре сублимированного продукта, с размерами частиц от 0,6 до 3,2 мм.
Все описанные выше стадии проводились в холодильной камере при -40°C.
После текстурирования измельченный замороженный продукт подвергался сублимационной сушке в вакуум-камере периодического действия для получения готового сухого продукта. Влагосодержание готового сухого продукта составило 1,9%.
Готовый продукт показал следующие свойства:
a) насыпная плотность = 195 г/л;
b) объем пенки = 4,1 мл.
Пример 3b. Приготовление быстрорастворимых гранул напитка
Предшественник (пористый замороженный распылением порошок) из Примера 2b распределялся в виде непрерывного слоя на конвейерной ленте из нержавеющей стали в холодильной камере с температурой -40°C. Высота слоя составляла примерно 10 мм.
Слой поступал по ленточному конвейеру в нагреваемую зону спекания с температурой воздуха -11°C, где оставался в течение 20 минут.
После спекания слой поступал в зону охлаждения и последовательно измельчался до образования текстуры, аналогичной текстуре сублимированного продукта, с размерами частиц от 0,6 до 3,2 мм.
Все описанные выше стадии проводились в холодильной камере при -40°C.
После текстурирования измельченный замороженный продукт подвергался сублимационной сушке в вакуум-камере периодического действия для получения готового сухого продукта.
Влагосодержание готового сухого продукта составило 0,6%.
Готовый продукт показал следующие свойства:
a) насыпная плотность = 232 г/л;
b) объем пенки = 6,9 мл.