ПРИРОДНЫЕ ИНКАПСУЛИРОВАННЫЕ АРОМАТИЗИРУЮЩИЕ ПРОДУКТЫ
NATURAL ENCAPSULATED FLAVORING PRODUCTS

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/358742, поданной 6 июля 2016, раскрытие которой явным образом включено посредством ссылки в ее полном объеме.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Область техники, к которой в целом относится настоящее изобретение, является технологией инкапсулирования, в частности, инкапсулирования активных компонентов, таких как ароматизаторы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Инкапсулирование инкапсулятов является областью проводимых в настоящее время исследований. В частности, инкапсулирование инкапсулятов, таких как лекарственные средства, пестициды (включая инсектициды, нематоциды, гербициды, фунгициды, микробиоциды и тому подобное), консерванты, витамины, ароматизирующие вещества и другие инкапсуляты, желательно по ряду причин. В случае лекарственных средств, пестицидов и ароматизаторов инкапсулирование может требоваться для достижения контролируемого высвобождения лекарственного средства, пестицида или ароматизатора. Для витаминов и ароматизаторов инкапсулирование можно осуществлять для защиты витаминов и ароматизаторов от окисления воздухом и, таким образом, для увеличения срока хранения витаминов и ароматизаторов. В случае ароматизирующих веществ инкапсулирование можно также осуществлять для помещения ароматизирующего вещества в легко дозируемую форму, которая будет высвобождать вещество при контролируемом действии, таком как добавление воды.
Существует постоянный поиск, особенно в пищевой промышленности, с целью попытки отказаться от искусственных компонентов, и в большей степени по направлению к природным компонентам. Но такие замены оказались затруднительными. В дополнение к трудностям при поиске эквивалентных замен, характеристики природных компонентов не всегда совпадает с характеристиками их искусственных аналогов, и прогнозирование этих различий, а также сходства в характеристиках само по себе затруднительно в лучшем случае.
Варианты осуществления, описанные здесь, решают эти проблемы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описан по существу природный экструзионный инкапсулированный ароматизирующий продукт в форме частиц, включающий инкапсулят-ароматизатор, инкапсулированный в природную стеклообразную матрицу, содержащую, по меньшей мере, один высокомолекулярный компонент и, по меньшей мере, один низкомолекулярный компонент, где количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, увеличивают до количества, равного или превышающего 5% по весу, увеличением полярности инкапсулята-ароматизатора.
Дополнительные варианты осуществления включают: описанный выше продукт, в котором инкапсулят-ароматизатор имеет полярность, измеренную по диэлектрической проницаемости, более 5, и количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, составляет от около 5% до около 8% по весу; описанный выше продукт, в котором инкапсулят-ароматизатор имеет полярность, измеренную по диэлектрической проницаемости, более 10, и количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, составляет от около 5% до около 12% по весу; описанный выше продукт, в котором высокомолекулярные компоненты присутствуют в количестве до около 90% по весу; описанный выше продукт, в котором высокомолекулярный компонент включает мальтодекстрин, декстрин, фруктаны, камедь лиственницы или их смеси; описанный выше продукт, в котором низкомолекулярные компоненты присутствуют в количестве до около 50% по весу; описанный выше продукт, в котором низкомолекулярные компоненты включают сахар, полиол, сухую кукурузную патоку или их смеси; описанный выше продукт, в котором низкомолекулярные компоненты включают мальтозу, трегалозу, декстрозу, лактозу, фруктозу, ксилозу, сахарозу, эритрит, мальтит, маннит, ксилит, сорбит, лактит или их смеси; описанный выше продукт, в котором стеклообразная матрица дополнительно содержит до около 15% по весу, по меньшей мере, одного нерастворимого природного волокна и до около 15% по весу, по меньшей мере, одной природной камеди; описанный выше продукт, в котором природная камедь представляет собой, по меньшей мере, одно из следующего: ксантановую камедь, пектин, альгинат, конжаковую камедь, камедь бобов рожкового дерева, гуаровую камедь, гидролизованный желатин, сывороточный белок и каррагенан; описанный выше продукт, в котором нерастворимое природное волокно представляет собой яблочное волокно, черничное волокно, цитрусовое волокно, волокно сахарного тростника, овсяное волокно, древесное волокно, целлюлозное волокно, микрокристаллическое целлюлозное волокно, хлопковое волокно, рисовое волокно, пшеничное волокно и/или их смеси; описанный выше продукт, в котором инкапсулят-ароматизатор представляет собой природный инкапсулят-ароматизатор; описанный выше продукт, в котором природное ароматизирующее вещество представляет собой природный экстракт, олеорезин, эфирное масло, гидролизат белка, реакционный ароматизатор, составной ароматизатор или их смеси; описанный выше продукт, дополнительно содержащий до около 2% по весу эмульгатора; описанный выше продукт, в котором эмульгатор представляет собой полисорбат или, по меньшей мере, один природный эмульгатор, выбранный из группы: экстракта квиллайи, экстракта юкки, сапонинов сои и лецитина; описанный выше продукт, в котором высокомолекулярный компонент содержит до 50% по весу аравийской камеди, инкапсулят-ароматизатор имеет полярность, измеренную по диэлектрической проницаемости, менее 5, и количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, составляет от около 5% до около 8% по весу; описанный выше продукт, в котором инкапсулят-ароматизатор имеет полярность, измеренную по диэлектрической проницаемости, от 5 до 10, и количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, составляет от около 5% до около 12% по весу; и описанный выше продукт, в котором инкапсулят-ароматизатор имеет полярность, измеренную по диэлектрической проницаемости, более 10, и количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, составляет от около 5% до около 15% по весу.
Также описан способ получения по существу природного экструзионного инкапсулированного ароматизирующего продукта в форме частиц, включающий, в сборном экструдере, смешивание и плавление природных компонентов матрицы, содержащих, по меньшей мере, один высокомолекулярный компонент и, по меньшей мере, один низкомолекулярный компонент, и инкапсулят-ароматизатор для образования вязкой дисперсии, формование, экструдирование и нарезание на наружной поверхности формующей головки вязкой дисперсии с образованием экструзионных инкапсулированных продуктов в форме частиц, а также сушку и охлаждение экструзионных инкапсулированных продуктов в форме частиц до стеклообразного состояния, где количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, увеличивают до количества, равного или превышающего 5% по весу, увеличением полярности инкапсулята-ароматизатора.
Дополнительные варианты осуществления включают: описанный выше способ, в котором инкапсулят-ароматизатор имеет полярность, измеренную по диэлектрической проницаемости, более 5, и количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, составляет от около 5% до около 8% по весу; описанный выше способ, в котором инкапсулят-ароматизатор имеет полярность, измеренную по диэлектрической проницаемости, более 10, и количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, составляет от около 5% до около 12% по весу; описанный выше способ, в котором высокомолекулярные компоненты присутствуют в количестве до около 90% по весу; описанный выше способ, в котором высокомолекулярный компонент включает мальтодекстрин, декстрин, фруктаны, камедь лиственницы, аравийскую камедь или их смеси; описанный выше способ, в котором низкомолекулярные компоненты присутствуют в количестве до около 50% по весу; описанный выше способ, в котором низкомолекулярные компоненты включают сахар, полиол, сухую кукурузную патоку или их смеси; описанный выше способ, в котором низкомолекулярные компоненты включают мальтозу, трегалозу, декстрозу, лактозу, фруктозу, ксилозу, сахарозу, эритрит, мальтит, маннит, ксилит, сорбит, лактит или их смеси; описанный выше способ, где дополнительно содержится до около 15% по весу, по меньшей мере, одного нерастворимого природного волокна и до около 15% по весу, по меньшей мере, одной природной камеди; описанный выше способ, в котором природная камедь представляет собой, по меньшей мере, одно из следующего: ксантановую камедь, пектин, альгинат, конжаковую камедь, камедь бобов рожкового дерева, гуаровую камедь, гидролизованный желатин, сывороточный белок и каррагенан; описанный выше способ, где способ по п.27, в котором нерастворимое природное волокно представляет собой яблочное волокно, черничное волокно, цитрусовое волокно, волокно сахарного тростника, овсяное волокно, древесное волокно, целлюлозное волокно, микрокристаллическое целлюлозное волокно, хлопковое волокно, рисовое волокно, пшеничное волокно и/или их смеси; описанный выше способ, в котором инкапсулят-ароматизатор представляет собой природный инкапсулят-ароматизатор; описанный выше способ, в котором природный ароматизатор представляет собой природный экстракт, олеорезин, эфирное масло, гидролизат белка, реакционный ароматизатор, составной ароматизатор или их смеси; описанный выше способ, в котором продукт дополнительно содержит до около 2% по весу эмульгатора; описанный выше способ, в котором эмульгатор представляет собой полисорбат или, по меньшей мере, один природный эмульгатор, выбранный из экстракта квиллайи, экстракта юкки, сапонинов сои и лецитина; описанный выше способ, в котором высокомолекулярный компонент содержит до 50% по весу аравийской камеди, инкапсулят-ароматизатор имеет полярность, измеренную по диэлектрической проницаемости, менее 5, и количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, составляет от около 5% до около 8% по весу; описанный выше способ, в котором инкапсулят-ароматизатор имеет полярность, измеренную по диэлектрической проницаемости, от 5 до 10, и количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, составляет от около 5% до около 12% по весу; и описанный выше способ, в котором инкапсулят-ароматизатор имеет полярность, измеренную по диэлектрической проницаемости, более 10, и количество инкапсулята-ароматизатора, инкапсулированного в природную стеклообразную матрицу, составляет от около 5% до около 15% по весу.
Также описана пищевая система, содержащая экструзионный инкапсулированный продукт в форме частиц, включая описанную выше пищевую систему, где продукт наносится поверхностно и/или смешивается внутри системы; описанная выше пищевая система, включающая экструдированные злаки, крекеры, зерновые батончики, закусочные чипсы, тесто и замороженное тесто, хлебобулочные изделия, такие как, например, хлеб и маффины, приправы, мороженое, мясные продукты, молочные продукты и сухие смеси для напитков.
Кроме того, эти и дополнительные варианты осуществления описаны ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
На фиг. 1 представлена кривая дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), показывающая стеклование (переход в стеклообразное состояние) приводимого в качестве примера материала, описанного здесь.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Указанные здесь данные приведены только в качестве примера и для целей иллюстративного обсуждения различных вариантов осуществления настоящего изобретения и представлены для того, чтобы обеспечить, как полагают, наиболее полезное и легко понимаемое описание принципов и концептуальных аспектов изобретения. В связи с этим не предпринимаются попытки более подробно представить детали изобретения, чем это необходимо для фундаментального понимания изобретения, причем для специалиста в данной области очевидно, как различные варианты изобретения можно осуществить на практике.
Настоящее изобретение теперь будет описано более подробно со ссылкой на варианты осуществления. Однако это изобретение может быть осуществлено в различных вариантах и не должно быть истолковано как ограниченное изложенными здесь вариантами осуществления. Скорее эти варианты осуществления предусмотрены таким образом, что данное раскрытие будет исчерпывающим и полным и будет полностью передавать объем изобретения специалистам в данной области.
Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые здесь, имеют такое же значение, как обычно понимаемое средним специалистом в данной области, к которой принадлежит изобретение. Использованная здесь в описании изобретения терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения объема изобретения. В том смысле, в котором используются в описании изобретения и прилагаемой формуле изобретения грамматические формы единственного числа, они предназначены также для включения форм множественного числа, если контекстом явно не указано иное. Все публикации, заявки на патенты, патенты и другие ссылки, упомянутые здесь, явным образом включены посредством ссылки в их полном объеме.
Если не указано иное, все числа, выражающие количества компонентов, условия реакции и так далее, используемые в описании и формуле изобретения, следует понимать как модифицированные во всех случаях термином «около». Соответственно, если не указано обратное, числовые параметры, приведенные в нижеследующем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными значениями, которые могут изменяться в зависимости от требуемых свойств, которые предполагают получить посредством настоящего изобретения. По меньшей мере, и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый численный параметр следует истолковывать в свете количества значащих цифр и обычных методов округления.
Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, устанавливающие широкий объем изобретения, являются приблизительными, числовые значения, приведенные в конкретных примерах, представлены как можно точнее. Однако любое числовое значение по существу содержит определенные ошибки, неизбежно возникающие из-за стандартного отклонения, обнаруживаемые при их соответствующих экспериментальных измерениях. Каждый числовой диапазон, приведенный в данной спецификации, будет включать каждый более узкий числовой диапазон, который попадает в такой более широкий числовой диапазон, как если бы такие более узкие числовые диапазоны были ясно прописаны здесь.
Дополнительные преимущества изобретения будут изложены частично в последующем описании и частично будут очевидны из описания или могут быть изучены при практическом применении изобретения. Должно быть понятно, что как приведенное выше общее описание, так и последующее подробное описание являются только иллюстративными и пояснительными и не ограничивают изобретение, как заявлено.
Описанное здесь относится к открытию того, что применение ароматизаторов с высокой полярностью ароматизатора напрямую связано с достижением высокой дозировки ароматизатора (более, по меньшей мере, 4% по весу) при инкапсулировании ароматизаторов экструзией расплава с использованием природных матриц. Компоненты матрицы считаются по существу природными, если их экстрагируют или получают посредством биотрансформации без химической модификации. В этом случае биотрансформация может включать процессы и вспомогательные компоненты (например, ферменты), которые существуют в природе. Природные матрицы обычно состоят из смесей мальтодекстринов, декстринов, фруктанов, таких как инулин, природных камедей, камеди лиственницы (до 90% по весу), других экстрагированных углеводов и низкомолекулярных сахаров или полиолов. Также описан способ определение характеристик ароматизаторов с использованием полярности. По существу природный экструзионный инкапсулированный ароматизирующий продукт в форме частиц включает природную матрицу, полученную из природных компонентов матрицы, и может включать природные или искусственные ароматизаторы, эмульгаторы, красители, средства, уменьшающие липкость и текучесть, а также другие вспомогательные технологические добавки при необходимости.
Раньше было трудно эффективно инкапсулировать дозировку ароматизатора более 4% экструзией расплава в природных носителях, таких как, например, смеси мальтодекстринов и низкомолекулярных сахаров. Природные компоненты не имеют или имеют ограниченную эмульгирующую способность в расплаве, ограничивая тем самым эффективную дозировку ароматизатора. Дозировка ароматизатора более 4% обеспечивает более сильное ароматизирующее воздействие и может значительно снизить стоимость использования ароматизированных композиций в различных применениях, обеспечивая тем самым множество преимуществ. Здесь было определено и описано то, что если полярность ароматизатора, характеризуемая диэлектрической проницаемостью при 20°С и частоте электрического поля 10 кГц, находится в диапазоне от около 5 до около 25, то может достигаться дозировка ароматизатора до 8% (и более, например, до 20% или 25%) в природных носителях. Этим по существу можно увеличить вдвое (или более) обычную требуемую дозировку ароматизатора. Кроме того, такая полярность ароматизатора может работать синергетически с добавлением эмульгаторов, еще больше увеличивая дозировку ароматизатора и делая обработку еще более эффективной. Природные эмульгаторы, которые можно использовать, включают, например, экстракт квиллайи, добавляемый в матрицу, и подсолнечный лецитин, добавляемый в ароматизатор. Эмульгаторы с высоким ГЛБ (гидрофильно-липофильным балансом) (например, полисорбаты) также могут быть эффективными. Эмульгаторы можно добавлять в ароматизатор (обычно растворимые в масле эмульгаторы), в матрицу или даже в пластификатор, добавляемый в матрицу в течение процесса.
Полярность жидкого ароматизатора или растворителя можно определить измерением, например, растворимости в различных растворителях, свободной энергии смешения и параметров растворимости Хансена, калориметрии смешения в различных растворителях или диэлектрической проницаемости. Последняя применяется в данном изобретении с использованием измерителя диэлектрической проницаемости BI-870 (Brookhaven Instruments), который измеряет электрический ток между внешним и внутренним цилиндрами зонда. Сигнал измерения, подаваемый на внешний цилиндр зонда, представляет собой синусоидальную электрическую волну с низким уровнем искажений при частоте 10 кГц. Температура образца и частота приложенного электрического поля могут влиять на фактические абсолютные значения диэлектрической проницаемости. При проведении описанных здесь измерений использовали 20°C и 10 кГц в качестве стандартных нормальных условий, если не указано иное. Можно использовать другие устройства, частоты или температуры для измерения диэлектрической проницаемости с соответствующим образом установленными значениями.
Типичные природные композиции матрицы обычно содержат около 4% по весу ароматизатора. Однако включение описанных здесь ароматизаторы с высокой полярностью позволяет увеличить дозировку ароматизатора до около 8% и более. Добавлением некоторых природных эмульгаторов, таких как экстракт квиллайи, например, в относительно высоких количествах, например, 3% или более, можно увеличить дозировку ароматизатора, но при таких более высоких дозировках нежелательные вкусовые эффекты (например, горечь) могут быть привнесены эмульгаторами, и использование этих видов природных экстрактов может быть дорогостоящим, особенно при более высоких количествах, требуемых для более высокой дозировки ароматизатора. Описанным здесь способом можно достичь даже 8% или более высокой дозировки ароматизатора без экстракта, например, однако низкие концентрации экстракта, например, до 1%, можно добавить для облегчения обработки и дальнейшего увеличения дозировки. Было установлено, что это также иметь место при добавлении в носитель некоторых природных камедей, таких как аравийская камедь. Если ароматизаторы выбирают или модифицируют так, чтобы их полярность была высокой, тогда дозировку ароматизатора можно увеличить даже в неэмульгирующих носителях.
Как упомянуто выше, покупатели очень заинтересованы в потребляемых продуктах природного происхождения, таких как инкапсулированные композиции, не содержащие искусственных компонентов, как в ароматизаторе, так и в матрице. Однако низкая дозировка ароматизатора для таких природных компонентов до сих пор предполагала более высокую стоимость наряду с другими ограничениями. Это было решено, как описано здесь, возможностью достижения прогнозируемой высокой дозировки ароматизатора с помощью композиций, содержащих ароматизатор с высокой полярностью и природные эмульгаторы. Раньше использование модифицированных крахмалов было особенно предпочтительным для достижения более высоких дозировок ароматизатора, но крахмалы являются химически модифицированными. При использовании природных мальтодекстринов и сахаров без химически модифицированных крахмалов трудно достичь дозировок ароматизатора более 4% в лучшем случае, в то время как в описанном здесь способе с мальтодекстринами можно легко достигнуть дозировки ароматизатора 8%, 9%, 10% или даже 12% или более (включая комбинации мальтодекстринов, декстринов, мальтодекстрин-камеди, мальтодекстрин-сахар, природная камедь-сахар и тому подобное).
Увеличением полярности ароматизатора можно увеличить дозировку ароматизатора. Полярность ароматизатора тесно связана с растворимостью ароматизатора в масле, воде и других растворителях, водорастворимые ароматизаторы с одной стороны диапазона применения являются чрезвычайно полярными, с другой стороны диапазона применения растворимые в масле ароматизаторы являются низко полярными. Увеличением полярности ароматизатора выше определенного уровня можно также увеличить дозировку ароматизатора в природных носителях. Таким образом, полярность может обусловливать выбор и состав ароматизатора. Общепринятые средства измерения диэлектрической проницаемости можно использовать для определения полярности ароматизаторов, в отношении диэлектрической проницаемости жидкостей (см. одновременно рассматриваемую, принадлежащую одному и тому же правообладателю заявку на патент США номер (V49393) под названием «Способ прогнозирования характеристик ароматизатора», поданную в ту же дату, раскрытие которой включено здесь посредством ссылки в ее полном объеме).
Диэлектрическая проницаемость (ДП) обычно измеряется при 20°С для согласованности при фиксированной частоте электрического поля, например, 10 кГц, используемой в качестве стандартного условия в этом изобретении, если не указано иное, и может составлять, по меньшей мере, 5 и может достигать 20 и даже более (например, 24, 25, 30, 40, 50). Чистые масла могут иметь диэлектрическую проницаемость в диапазоне от 2 до 4, в то время как вода и водорастворимые ароматизатора могут иметь ДП выше 70. Значения ДП будут зависеть от температуры и частоты приложенного электрического поля. При ДП ниже 5 проблематично инкапсулировать дозировку ароматизатора более 4% в природные носители. Дозировки ароматизатора (общее количество эфирного масла), превышающие 4%, для этих ароматизаторов могут привести к таким проблемам, как проскальзывание экструдера, утечки ароматизатора, избыточное поверхностное масло и тому подобное. Если полярность (значение ДП) становится слишком высокой для ароматизатора, например, ДП выше 30, то ароматизатор может стать пластификатором, и инкапсулирующая матрица с ароматизатором может стать липкой, и ее трудно нарезать на формующей головке. Но в остальном практически нет ограничений относительно полярности ароматизатора при использовании описанной здесь полярности вплоть до водорастворимых ароматизаторов.
Было обнаружено, что эмульгирование лучше осуществляется при использовании ароматизаторов с высокой полярностью, например, предотвращается утечка ароматизатора и образуется меньше поверхностного масла в конечном продукте. Комбинации мальтодекстрин-сахар с использованием дозировки ароматизатора более 4% по весу в инкапсулирующей композиции ранее имели утечку ароматизатора или потери ароматизатора в любой другой форме, такой как поверхностное масло, выпаривание, разбрызгивание и тому подобное.
Более высокая дозировка ароматизатора обеспечивает много преимуществ. Не только можно использовать меньшее количество ароматизирующих частиц для придания такого же ароматизирующего воздействия с очевидными экономическими выгодами, но благодаря добавлению меньшего количества ароматизирующих частиц для получения сопоставимого ароматизирующего воздействия присутствует снижение любого нежелательного воздействия на другие характеристики материала, усиление ароматизатора, обрабатываемость тестовой массы, например, в дополнение к текстуре, структуре, вкусоаромату, внешнему виду, цвету и тому подобному.
В качестве материала-носителя для описанных здесь ароматизаторов можно использовать обычные природные мальтодекстрины и низкомолекулярные сахара, а также природные камеди и природные эмульгаторы, такие как экстракт квиллайи. Мальтодекстрины и сахара имеют более низкую молекулярную массу, чем камеди. Мальтодекстрины и сахара содержат ОН-группы в молекулах, в то время как камеди, помимо ОН-групп, могут иметь карбоксильные и другие группы. Типичные композиции включают от 50% до 90% по весу мальтодекстринов (например, 80%) и от около 10% до около 50% (например, 20%) сахаров. Другие типичные композиции включают от 50% до 90% по весу мальтодекстринов (например, 80%), от 1% до 50% камедей (например, 5% пектина или ксантановой камеди) и от около 10% до около 50% (например, 15%) сахаров. Также можно использовать природные низкомолекулярные полиолы и сухую кукурузную патоку. Смотрите также принадлежащую одному и тому же правообладателю, одновременно рассматриваемую заявку на патент США номер 62/270797, раскрытие которой включено здесь посредством ссылки.
Как упомянуто выше, низкие количества экстракта квиллайи могут способствовать обработке, более низким количествам поверхностного масла и тому подобному, например, количества от 0,5% до 1%. Использование более высоких количеств такого природного эмульгатора не только является более дорогостоящим, но при более высоких количествах он может придавать горький вкус ароматизируемому продукту. И чем ниже полярность ароматизирующего вещества, тем больше поверхностного масла (то есть ароматизатора), которое может более легко вызывать потери во время обработки. Предпочтительный диапазон полярности ароматизатора, измеренной по диэлектрической проницаемости, составляет от 5 до 20. При более низкой полярности, например 4,7, в способе могут не достигаться дозировки ароматизатора более 4%. Диспергируемые в воде или водорастворимые ароматизаторы имеют ДП от 20 до 80, в то время как растворимые в масле ароматизаторы имеют ДП в диапазоне от 2 до около 20. Большинство используемых ароматизирующих веществ являются растворимыми в масле.
Полярность ароматизатора можно также изменить использованием более полярных ароматизирующих компонентов или более полярных растворителей или увеличением концентрации ароматизирующих компонентов в ароматизирующей композиции за счет уменьшения количества растворителя. Например, при использовании сырного ароматизатора можно добавить больше ароматизирующего компонента масляной кислоты в ароматизатор, с целью сделать его более полярным, что приведет к увеличению дозировки ароматизатора, как описано здесь. Альтернативно, более полярный растворитель, такой как, например, этанол, можно добавить в ароматизатор вместо менее полярного растворителя, такого как, например, кокосовое масло. Это изменит полярность ароматизатора и увеличит дозировку ароматизатора, как описано здесь. Однако необходимо соблюдать некоторую осторожность, выбирая какой растворителя добавить в ароматизатор, полярность которого увеличивают. Например, этанол может вступать в реакцию с некоторыми ароматизаторами, такими как ароматизаторы, содержащие жирные кислоты, и образовывать сложные эфиры, что может привести к интенсивным фруктовым ароматизаторам. Например, выбор неподходящего растворителя может также отрицательно повлиять на растворимость. Использование некоторых растворителей, особенно в больших объемах, также может отрицательно повлиять на аспекты безопасности во время обработки. Некоторые типичные растворители, которые можно использовать для увеличения полярности, включают этанол, пропиленгликоль, глицерин, изопропанол, кокосовое масло, триацетин и тому подобное.
Процессы экструзии расплава, обычно применяемые для инкапсулирования ароматизаторов и других материалов, можно использовать для образования частиц, описанных здесь. Сборный экструдер смешивает сухую составную матрицу, с водой или другими пластификаторами, и ароматизатор, расплавляет смесь и продавливает вязкую массу через формующую головку обычно с несколькими отверстиями. Отдельные компоненты композиции можно добавить либо последовательно, либо одновременно, при условии, что все компоненты смешиваются и частично или полностью расплавляются до экструзии. Вращающийся нож режущего устройства превращает волокна из расплава в частицы. В зависимости от линейной скорости экструдированных волокон, скорости вращения режущего устройства, а также формы и размера отверстий формующей головки образуются частицы в форме палочек, шариков или подушечек или относительно тонких дисков или хлопьев. Затем частицы обычно высушивают в обычных сушилках, например в сушилке с псевдоожиженным слоем, и охлаждают до температуры окружающей среды.
Некоторые примеры, дополнительно описанные ниже, материалов, которые можно использовать в стеклообразной матрице, описанной здесь, включают мальтодекстрины, камеди и низкомолекулярные углеводы. Мальтодекстрины представляют собой частично гидролизованные формы кукурузного, рисового, пшеничного, тапиокового или картофельного крахмала с использованием подходящего кислотного и/или ферментативного гидролиза. Мальтодекстрины определяются как имеющие декстрозный эквивалент (ДЕ) меньше или равным 20. Наиболее подходящими мальтодекстринами являются мальтодекстрины с ДЕ 5, ДЕ 6, ДЕ 10, ДЕ 12, ДЕ 15, ДЕ 16, ДЕ 18 и ДЕ 19. ДЕ характеризует среднюю молекулярную массу олигомеров глюкозы по количеству. На практике мальтодекстрины имеют распределение олигомеров глюкозы по молекулярной массе или значению ДЕ. Мальтодекстрин обычно присутствует в инкапсулируемой композиции от около 50% до около 90% по весу композиции. Природные низкомолекулярные углеводы (ниже около 800 г/моль) включают, например, мальтозу, трегалозу, декстрозу, лактозу, фруктозу, ксилозу, сахарозу, сухую кукурузную патоку, эритрит, мальтит, маннит, ксилит, сорбит и лактит. Несмотря на то, что можно использовать любые количества, которые достигают описанных здесь результатов, низкомолекулярные углеводы обычно присутствуют в количестве от около 5% до около 50% по весу и более типично от около 10% до около 30% по весу. Природные камеди, которые можно использовать, могут представлять собой камеди с низкой, средней или высокой вязкостью. Камеди с низкой вязкостью могут представлять собой, например, аравийскую камедь, инулин и камедь лиственница. Камеди со средней вязкостью могут включать, например, пектин и каррагинан. Камеди с высокой вязкостью могут включать, например, ксантановую камедь, альгинат, камедь бобов рожкового дерева, конжаковую камедь или их смеси.
Природные нерастворимые волокна также могут входить в состав композиции матрицы. Волокна могут обеспечивать регулирование вязкости расплава в процессе экструзии и обеспечивать целостность продукта во время нарезания, сушки, охлаждения и хранения. Природные нерастворимые волокна могут включать такие материалы, как яблочное волокно, черничное волокно, цитрусовое волокно, волокно сахарного тростника, овсяное волокно, древесное волокно, целлюлозное волокно, микрокристаллическое целлюлозное волокно, хлопковое волокно, рисовое волокно, пшеничное волокно или их смеси. Их обычное содержание не превышает 15%, чаще 10% и наиболее часто 5% по весу композиции матрицы.
Пластификаторы, в частности подходящие применительно к раскрытым здесь способам, продуктам и композициям, включают: воду, этанол, глицерин, пропиленгликоль, раствор углеводов и их смеси. В зависимости от количества воды, например, уже присутствующей или содержащейся в добавляемых материалах, хотя это не типично, может не потребоваться дополнительной воды или другого пластификатора для непосредственного добавления в композицию во время смешивания для получения необходимого пластифицирующего эффекта.
Средства, уменьшающие липкость, также можно использовать в описанных здесь композициях. В частности подходящими применительно к раскрытым здесь способам и композициям являются отдельно или в комбинации: кальциевые, магниевые, натриевые и калиевые соли жирных кислот; диоксид кремния; и диоксид титана. При использовании они обычно присутствуют в продукте в количестве от около 0,25% до около 1% по весу.
Полученные инкапсулированные продукты можно использовать как составной компонент любого ароматизированного пищевого продукта или пищевой системы (наносимый поверхностно и/или смешанный внутри системы), такой как экструдированные злаки, крекеры, зерновые батончики, закусочные чипсы, тесто и замороженное тесто, хлебобулочные изделия, такие как, например, хлеб и маффины, приправы, мороженое, мясные продукты, молочные продукты и сухие смеси для напитков. При использовании в таких системах инкапсулированный продукт обычно присутствует в количестве до около 3% по весу, например, от около 0,1% до около 1% добавленных ароматизирующих частиц.
Смотрите также следующие примеры и принадлежащие одному и тому же правообладателю патенты США и находящиеся на рассмотрении и опубликованные заявки на патент для получения дополнительной информации, относящейся к описанным здесь композициям, способам и продуктам, раскрытия которых включены здесь посредством ссылки: патенты США №№: 5603971, 6187351, 6790453, 7488503, 7799341, 8257738 и 9119411; и опубликованные заявки на патенты США №№ 2013/0243851, 2014/0272011 и 2016/0058047.
ПРИМЕР 1
Композицию матрицы, содержащую 79,25% по весу мальтодекстринов с ДЕ 5 и ДЕ 10, 15% сахарозы, 5% пектина и 0,75% стеарата магния, смешивали в сухом виде и подавали в сборный экструдер, снабженный 0,031-дюймовой формующей головкой с несколькими отверстиями. Воду и ароматизатор Апельсин вводили в количестве около 11% и или 4%, или 6% по весу конечной смеси соответственно. Расплав экструдировали при температуре в диапазоне от около 145°F до около 165°F и давлении в формующей головке от около 350 до около 650 psi (фунтов на квадратный дюйм). Ароматизатор Апельсин содержал 50% апельсинового масла однократного прессования и различные количества триглицеридов средней цепи (ТСЦ), триацетина, изопропанола (IPA) и этанола в качестве растворителя; полисорбата 60 и подсолнечного лецитина в качестве эмульгатора (таблица 1). Растворители выбирали в целях изменения полярности ароматизатора, количественно определяемой по диэлектрической проницаемости, измеренной при 20°С. После уравновешивания потоков в течение около 20 минут процесс был или стабильным, или становился нестабильным при использовании экструдера, неспособного поддерживать заданную скорость потока вследствие проскальзывания. Проскальзывание являлось признаком того, что ароматизатор не был эффективно эмульгирован, и дозировка ароматизатора превысила предельное значение для матрицы.
Таблица 1.
Максимальная дозировка ароматизатора, определяемая полярностью ароматизатора и эмульгатором
Ароматизирующий компонент
Растворитель
Эмульгатор
Диэлектрическая проницаемость
Общая дозировка ароматизатора, % вес./вес.
50% Апельсин
45% ТСЦ
5% лецитин
3,2
4% не достигается
50% Апельсин
50% ТСЦ
отсутствует
3,2
4% нестабильно
50% Апельсин
45% ТСЦ
5% Поли 60
3,3
4% работает хорошо
50% Апельсин
40% ТСЦ-5% этанол
5% лецитин
4,1
4% не достигается
50% Апельсин
30% ТСЦ-15% этанол
5% лецитин
5,2
4% работает хорошо6% не достигается
50% Апельсин
22,5% ТСЦ-22,5% триацетин
5% Поли 60
3,8
6% работает хорошо
50% Апельсин
13,5% ТСЦ-31,5% IPA
5% Поли 60
6,4
6% работает хорошо
50% Апельсин
13,5% ТСЦ-31,5% IPA
5% лецитин
6,5
6% работает хорошо
50% Апельсин
15% ТСЦ-35% IPA
отсутствует
6,2
6% работает хорошонебольшое количество поверхностного масла
ПРИМЕР 2
Композицию матрицы, содержащую 30% аравийской камеди, 49,25% по весу мальтодекстринов с ДЕ 5 и ДЕ 10, 15% сахарозы, 5% пектина и 0,75% стеарата магния, смешивали в сухом виде и подавали в сборный экструдер, снабженный 0,031-дюймовой формующей головкой с несколькими отверстиями. Воду и ароматизатор Апельсин вводили в количестве около 12% и или 4%, или 6% по весу конечной смеси соответственно. Ароматизатор Апельсин содержал 50% апельсинового масла однократного прессования и 45% ТСЦ и 5% подсолнечного лецитина. Диэлектрическая проницаемость ароматизатора, измеренная при 20°С, составляла 3,2. После уравновешивания потоков в течение около 20 минут процесс был стабильным при дозировке 6% с очень небольшим количеством поверхностного масла на частицах. При дозировке 8% процесс становился нестабильным при использовании экструдера, неспособного поддерживать заданную скорость потока вследствие проскальзывания. Проскальзывание являлось признаком того, что ароматизатор не был эффективно эмульгирован, и дозировка ароматизатора превысила предельное значение 6% для матрицы.
ПРИМЕР 3
Композицию и способ из примера 1 использовали для инкапсулирования ряда ароматизаторов при увеличенной дозировке ароматизатора (таблица 2). Как показано в таблице, дозировку ароматизатора 6% можно достигнуть при увеличении полярности ароматизаторов.
Таблица 2.
Максимальная дозировка ароматизатора, определяемая полярностью ароматизатора и эмульгатором
Ароматизирующий компонент
Растворитель
Эмульгатор
Диэлектрическая проницаемость
Общая дозировка ароматизатора, вес.%
Малина
отсутствует
отсутствует
7,6
6% работает хорошо*
Ваниль
88,1% триацетин
отсутствует
8,5
6% работает хорошо
*Если содержание воды в способе составляет 12% по весу и более
ПРИМЕР 4
Композицию матрицы, содержащую 74,25% по весу мальтодекстринов с ДЕ 6 и ДЕ 10, 15% сахарозы, 5% пектина, 5% волокна сахарного тростника и 0,75% стеарата магния, смешивали в сухом виде и подавали в сборный экструдер, снабженный 0,031-дюймовой формующей головкой с несколькими отверстиями. Воду и ароматизатор Апельсин вводили в количестве около 11% и или 4%, или 6% по весу конечной смеси соответственно. Композицию экструдировали в условиях процесса, описанных в примере 1. Ароматизатор Апельсин содержал 50% апельсинового масла однократного прессования, 30% триглицеридов средней цепи (ТСЦ), 15% этанола и 5% подсолнечного лецитина. Диэлектрическая проницаемость ароматизатора составляла 5,2 при 20°С. После уравновешивания потоков в течение около 15 минут продукт собирали и высушивали при 200°F в течение 10 минут. Это привело к образованию стеклообразных частиц с влажностью 6,4% (метод Карла Фишера), температуре стеклования в средней точке 49,0°C и изменению теплоемкости на 0,10 Дж/г/°C (фиг. 1).
На фиг. 1 представлена кривая дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), показывающая стеклование (переход в стеклообразное состояние) приводимого в качестве примера материала, описанного здесь. На фиг. 1 Rev обозначает обратимый, а Nonrev означает необратимый, а W/g означает ватт на грамм. Кривая А представляет обратимый тепловой поток или тепловой поток при температуре стеклования, кривая В представляет необратимую или энтальпийную релаксационную составляющую общего теплового потока, а кривая С представляет общий тепловой поток.
Таким образом, объем изобретения должен включать все модификации и варианты, которые могут подпадать под объем прилагаемой формулы изобретения. Другие варианты осуществления изобретения будут очевидны специалистам в данной области при рассмотрении описания и практического применения раскрытого здесь изобретения. Предполагается, что описание и примеры должны рассматриваться только как иллюстративные, причем действительный объем и сущность изобретения указаны в следующих пунктах формулы изобретения.