ОБЪЕМНЫЙ САХАРОЗАМЕНИТЕЛЬ
THREE-DIMENSIONAL SWEETENER

Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к области сахарозаменителей, в частности к новому объемному сахарозаменителю, содержащему аморфные пористые частицы, и к способу получения аморфных пористых частиц. Настоящее изобретение также относится к применению аморфных пористых частиц в пищевом продукте, в частности в кондитерских изделиях.
Предпосылки создания изобретения
Любое обсуждение предшествующего уровня техники на протяжении всего описания никоим образом не следует рассматривать как признание того, что такой предшествующий уровень техники является широкоизвестным или формирует часть общеизвестных знаний в данной области.
Увеличение интереса заботящихся о своем здоровье потребителей к снижению потребления сахара в рационе привело к высокому спросу на пищевые продукты со сниженным содержанием сахара. Однако сахар является ключевым пищевым ингредиентом, который дополнительно к тому, что придает пищевым продуктам естественный сладкий вкус, также служит наполнителем и, следовательно, играет важную роль в формировании структуры, объема и консистенции готового пищевого продукта.
Сахар является природным подсластителем, который, как упоминалось выше, придает пищевым продуктам сладкий вкус, желательный для пользователей, но также является высококалорийным, поэтому существует потребность в более здоровых, некалорийных или низкокалорийных альтернативных подсластителях. Существует множество подходов, известных в данной области, связанных с заменой или уменьшением содержания сахаров в пищевых продуктах, например с использованием искусственных подсластителей вместо натурального сахара. Более конкретно, для кондитерских изделий на жировой основе, таких как шоколад, например, предпринималось множество попыток предложить заменитель сахара с применением восстановленных сахарных спиртов или полиолов. Другие подходы включали применение для замены сахара в шоколадных композициях наполнителей, таких как некалорийные или низкокалорийные волокна. Однако у таких подходов имеются недостатки, например, хорошо известно, что полиолы имеют нежелательные слабительные эффекты и, более того, такие искусственные подсластители не очень хорошо воспринимаются потребителями, предпочитающими продукты с «чистыми этикетками». Существуют также определенные недостатки, связанные с применением наполнителей для замены сахаров в пищевых продуктах, и они главным образом связаны с нежелательным влиянием на сладкий вкус, обычно, с уменьшением сладости.
Таким образом, специалистам в области пищевой промышленности хорошо известно, что замена или уменьшение содержания сахара в пищевой композиции обычно отрицательно влияет на вкусоароматические свойства и на другие компоненты вкуса. Например, заменители сахара могут приводить к более медленному началу и большей продолжительности восприятия сладости по сравнению с природным сахаром и, следовательно, изменяют вкусовой баланс пищевой композиции.
Дополнительно заменители сахара могут не создавать настолько же сладкий вкус, как природный сахар, и также могут проявлять металлическое, холодящее, вяжущее, лакричное и горькое послевкусия.
В дополнительном примере применение решений предыдущего уровня техники, упомянутых выше, в кондитерских изделиях на жировой основе также может иметь сходные недостатки. Например, применение в шоколадных композициях наполнителей, таких как волокна, создает горькое послевкусие и придает нежелательное наполнение композиции, приводя к увеличению вязкости смеси. Это, в свою очередь, затрудняет стандартную постобработку смеси, например глазирование и формовку, которые являются важными стадиями получения готового шоколадного продукта.
Следовательно, сохраняется проблема получения низкокалорийных или имеющих сниженное содержание сахара альтернатив природному сахару, которые можно было бы использовать в пищевых продуктах или кондитерских изделиях, и которые не оказывают отрицательного влияния на восприятие сладости и/или не имеют любых вышеуказанных проблем, характерных для решений предыдущего уровня техники.
Соответственно, сохраняется потребность в выявлении низкокалорийных заменителей сахара, которые можно было бы использовать в композициях пищевых продуктов или кондитерских изделий, таких как шоколад, и которые позволяют избежать проблем потери или снижения сладкого вкуса, наличия горького послевкусия и посторонних привкусов.
Соответственно, сохраняется потребность в получении низкокалорийных заменителей сахара, имеющих «чистую этикетку» и более желательных для потребителя.
Следовательно, желательно получить более здоровую, более низкокалорийную и имеющую более низкое содержание сахара альтернативу природному сахару, которую можно было бы использовать в пищевых продуктах или кондитерских изделиях, и которая не имеет или имеет очень малое отрицательное влияние на восприятие сладости.
Таким образом, существует потребность решения одной или более из вышеуказанных проблем.
Целью настоящего изобретения является уменьшение по меньшей мере одного недостатка предыдущего уровня техники, существующих в вышеупомянутых низкокалорийных альтернативах сахару, таких как искусственные подсластители и/или объемные сахарозаменители, например волокна.
Изложение сущности изобретения
Соответственно, данная потребность удовлетворяется признаками, указанными в независимых пунктах формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения основная идея настоящего изобретения получает дальнейшее развитие.
Таким образом, в первом аспекте настоящее изобретение относится к аморфным пористым частицам, содержащим сахар, наполнитель и поверхностно-активное вещество, причем указанные аморфные пористые частицы имеют закрытую пористость 20-60% и дополнительно отличаются тем, что указанные аморфные частицы имеют сферичность, составляющую по меньшей мере 0,8-1.
В еще одном аспекте аморфные пористые частицы настоящего изобретения имеют размер D90 частиц (например, измеренный методом анализа цифрового изображения) менее 60 мкм, например предпочтительно 30-60 мкм.
В другом варианте осуществления аморфные пористые частицы настоящего изобретения имеют размер D90 частиц (например, измеренный методом анализа цифрового изображения) от 30 до 140 мкм.
Авторами неожиданно было обнаружено, что аморфные пористые частицы настоящего изобретения можно использовать для замены сахара (например, сахарозы), например, в пищевом продукте, без отрицательного влияния на сладкий вкус пищевого продукта.
Также неожиданно было обнаружено, что аморфные пористые частицы настоящего изобретения позволяют преодолеть проблемы, обычно связанные с обработкой аморфных порошковых материалов на основе сахара, и могут, например, в отличие от аморфных материалов на основе сахара, использоваться в шоколадных композициях. Аморфный сахар обычно не используют в шоколадных композициях, например, из-за гигроскопических свойств и содержания влаги. Он, что нежелательно, абсорбирует воду из окружающей среды и других ингредиентов шоколада, создавая потенциальные трудности при производстве и хранении. Кроме того, аморфное состояние может быть нестабильным, и аморфные сахара, такие как сахароза и декстроза, склонны к быстрой кристаллизации в присутствии влаги и/или к высвобождению влаги при кристаллизации.
Преимуществом является то, что неожиданно было обнаружено, что при эквивалентных объемах, аэрированные аморфные пористые частицы настоящего изобретения обеспечивают по меньшей мере эквивалентную или более высокую сладость, чем более сплошной и более плотный кристаллический сахар.
В другом аспекте предлагается пищевой продукт, содержащий аморфные пористые частицы настоящего изобретения.
В еще одном аспекте пищевой продукт в соответствии с настоящим изобретением представляет собой кондитерское изделие, кулинарное изделие, молочный продукт, питательную смесь, готовый завтрак или мороженое.
В еще одном аспекте настоящего изобретения пищевой продукт представляет сбой кондитерское изделие на жировой основе, например шоколад.
Преимуществом является то, что настоящее изобретение делает возможным приготовление пищевых продуктов, таких как кондитерские изделия на жировой основе, в которых высококалорийный природный сахар может быть полностью и/или частично заменен низкокалорийными аморфными пористыми частицами настоящего изобретения.
Преимуществом является то, что аморфные пористые частицы настоящего изобретения легче диспергируются в жировой непрерывной фазе и требуют минимальное количество жидкости-носителя, например при приготовлении кондитерских изделий на жировой основе, например шоколада.
В другом аспекте настоящего изобретения предлагается способ получения аморфных пористых частиц, включающий стадии:
a) воздействия на смесь, содержащую сахар, наполнитель и поверхностно-активное вещество, высоким давлением, предпочтительно 50-300 бар, более предпочтительно 100-200 бар
b) добавления газа к находящейся под давлением смеси и
c) распыления и сушки смеси с формированием аморфных пористых частиц.
В другом аспекте предлагается применение аморфных пористых частиц сахарозы настоящего изобретения в качестве заменителя сахара в пищевом продукте.
Неожиданно было обнаружено, что из продукта питания можно убрать до 30%, предпочтительно до 65%, более предпочтительно до 70% обычно необходимого подсластителя, например сахара, и при этом получить тот же желаемый уровень восприятия сладости, используя в качестве замены аморфные пористые частицы настоящего изобретения.
В другом аспекте настоящего изобретения предлагается кондитерская композиция на жировой основе, содержащая
a) какао-порошок, или тертое какао, или масло какао, или эквиваленты масла какао, или любые их комбинации и
b) 5-60 мас.% аморфных пористых частиц в соответствии с настоящим изобретением,
причем указанные аморфные пористые частицы содержат сахар, наполнитель и поверхностно-активное вещество, и при этом указанные аморфные пористые частицы имеют закрытую пористость 20-60% и дополнительно отличаются тем, что указанные аморфные частицы имеют сферичность, составляющую по меньшей мере 0,8-1.
В другом аспекте предлагается применение аморфных пористых частиц настоящего изобретения в качестве объемного сахарозаменителя в пищевом продукте.
В еще одном аспекте настоящего изобретения пищевой продукт представляет собой кондитерское изделие, кулинарное изделие, молочный продукт, питательную смесь, готовый завтрак или мороженое.
В другом аспекте настоящего изобретения предлагается композиция сахарозаменителя или подсластителя, содержащая аморфные пористые частицы, содержащие сахар, наполнитель и поверхностно-активное вещество, причем указанные аморфные частицы имеют закрытую пористость 20-60% и дополнительно отличаются тем, что указанные аморфные пористые частицы имеют сферичность, составляющую по меньшей мере 0,8-1, например сферичность от 0,8 до 1.
Неожиданно было обнаружено, что аморфные пористые частицы настоящего изобретения позволяют преодолеть типичные проблемы, связанные с обработкой аморфных порошков, например гигроскопичность.
Преимуществом является то, что аморфные пористые частицы настоящего изобретения являются более стабильными и с меньшей вероятностью повторно кристаллизуются в менее желательную кристаллическую форму.
Кроме того, преимуществом является то, что настоящее изобретение делает возможным приготовление пищевых продуктов, в частности кондитерских пищевых продуктов на жировой основе, включающих в себя аморфные пористые частицы настоящего изобретения, которые имеют лучшую стабильность, например меньшую вероятность нежелательной повторной кристаллизации сахара, и поэтому приводят к более длительному сроку хранения таких продуктов.
Преимуществом является то, что аморфные пористые частицы настоящего изобретения намного проще перерабатывать в пищевых рецептурах, например в рецептурах шоколада, чем традиционный сахар.
Преимуществом является то, что аэрированная или пористая структура аморфных пористых частиц настоящего изобретения сохраняет их структурную целостность даже при воздействии интенсивной переработки, например конширования и/или рафинирования в ходе стандартного производства шоколада.
Авторами неожиданно было обнаружено, что большинство аморфных пористых частиц настоящего изобретения не разрушаются, а конкретно, что почти более 90% остаются неизменными и не повреждаются в ходе интенсивных стадий рафинирования при производстве шоколада.
Без ограничений, накладываемых теорией, считается, что комбинация аморфной формы сахара с наполнителем и аэрированием позволяет материалу, который диспергируется более равномерно, чем кристаллический сахар из-за большой площади поверхности, в сочетании с наполнителем, сформировать низкокалорийный сахарозаменитель с пониженным содержанием сахара, что снижает повторную кристаллизацию сахара, а также позволяет осуществить замену сахара по объему, так что изобретение позволяет добиться меньшего количества сахара в том же объеме без отрицательного влияния на восприятие сладости. Считается, что частицы, содержащие сахар в аморфном состоянии и имеющие пористость (в частности, внутреннюю закрытую пористость), дают материал, который растворяется быстрее, чем частицы кристаллического сахара сходного размера. Такое быстрое растворение в ротовой полости при употреблении приводит к улучшенному восприятию сладости и позволяет большему количеству сахара раствориться и достичь языка, вместо того, чтобы быть проглоченным без воздействия на вкусовые рецепторы.
В еще одном аспекте настоящего изобретения предлагается композиция заменителя сахара, подходящая для частичной или полной замены сахара в продуктах питания.
Преимуществом является то, что в настоящем изобретении предлагается замена сахара в продуктах питания при достижении такого же уровня сладости. Настоящее изобретение позволяет полностью заменить сахар в продуктах питания, например в шоколадных продуктах, на аморфные пористые частицы настоящего изобретения, достигая в одном аспекте настоящего изобретения по меньшей мере 65% уменьшения содержания сахара.
Преимуществом является то, что аморфные пористые частицы настоящего изобретения можно использовать в качестве натуральной низкокалорийной альтернативы сахару. Таким образом, аморфные пористые частицы настоящего изобретения обеспечивают снижение содержания сахара в пищевых продуктах без необходимости использования искусственных подсластителей и/или известных традиционных наполнителей.
Краткое описание графических материалов
Дополнительные элементы и преимущества настоящего изобретения раскрыты в описании и будут очевидны из описания предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления, которые приведены ниже со ссылкой на следующие графические материалы.
На фиг. 1a–1c показаны полученные методом крио-сканирующей электронной микроскопии (крио-СЭМ) изображения внутренней структуры кондитерского изделия на жировой основе, соответствующего традиционному уровню техники. Микроструктуры, обозначенные (1), представляют собой сухое молоко, микроструктуры, обозначенные (2), представляют собой кристаллы сахарозы, а микроструктуры, обозначенные (3), представляют собой твердые вещества масла какао.
На фиг. 2a–2c показаны полученные методом крио-сканирующей электронной микроскопии (крио-СЭМ) изображения внутренней структуры кондитерского изделия на жировой основе, полученного с использованием способов настоящего изобретения. Микроструктуры, обозначенные (4), представляют собой аморфные пористые частицы в соответствии с настоящим изобретением, которые разломаны для демонстрации внутренней аэрированной структуры, полученной в соответствии с настоящим изобретением. Специалист в данной области легко обнаружит отличия между традиционным продуктом и продуктом, полученным в соответствии со способами настоящего изобретения.
На фиг. 1a, 1b, 1c показаны полученные методом крио-СЭМ фотографии, демонстрирующие микроструктуру традиционной кондитерской композиции на жировой основе при увеличении в 500 раз, 1000 раз и 2000 раз, соответственно. Частицы сухого молока обозначены (1), кристаллы сахарозы - (2), твердые вещества масла какао - (3).
На фиг. 2a, 2b, 2c показаны полученные методом крио-СЭМ фотографии, демонстрирующие микроструктуру образца кондитерской композиции на жировой основе, полученной в соответствии с настоящим изобретением, при увеличении в 500 раз, 1000 раз и 2000 раз, соответственно. Аморфные пористые частицы в соответствии с настоящим изобретением, разломанные для демонстрации аэрированной внутренней структуры, обозначены (4).
На фиг. 3 представлен график зависимости температуры стеклования (Tg/°C) от содержания сахарозы для аморфных пористых частиц сахарозы и обезжиренного сухого молока при 25°C и активности воды 0,1.
На фиг. 4 представлен график зависимости растворения (%) (вертикальная ось) от времени (с) (горизонтальная ось) для пористых аморфных порошков различного состава.
На фиг. 5 представлен график зависимости растворения (%) (вертикальная ось) от времени (с) (горизонтальная ось) для аморфных порошков с разными уровнями закрытой пористости.
На фиг. 6a, 6b, 6c, 6d представлены изображения аморфных порошков, полученные методом рентгеновской томографической микроскопии с синхротронным излучением. Деление масштабной полоски соответствует 50 мкм.
Подробное описание изобретения и предпочтительных вариантов осуществления
В соответствии с настоящим изобретением, термин «аморфный», используемый в настоящем документе, означает «по существу, не содержащий кристаллического материала», и его нужно интерпретировать в соответствии с традиционным пониманием этого термина.
В соответствии с настоящим изобретением, термин «температура стеклования» (Tg) при использовании в настоящем документе следует интерпретировать в соответствии с обычным пониманием, как температуру, при которой аморфное твердое вещество становится мягким при нагревании или хрупким при охлаждении. Температура стеклования всегда ниже температуры плавления (Tm) кристаллического состояния материала. Следовательно, аморфный материал можно традиционно охарактеризовать температурой стеклования, обозначенной Tg.
Для измерения температуры стеклования используются несколько методов, и можно применять любой доступный или уместный метод, включая дифференциальную сканирующую калориметрию (ДСК) и динамико-механический термоанализ (DMTA).
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения настоящие аморфные пористые частицы характеризуются температурой стеклования по меньшей мере 40°C или выше, предпочтительно по меньшей мере 50°C или выше и более предпочтительно по меньшей мере 60°C или выше.
Преимуществом является то, что в отличие от решений предыдущего уровня техники, аморфные пористые частицы настоящего изобретения являются менее гигроскопичными, что упрощает обработку и включение данного материала в традиционные рецептуры продуктов питания, например в производство шоколада. Как показано на фигурах, аморфные микроструктуры можно наблюдать, например, в композициях шоколада, приготовленных в соответствии с настоящим изобретением, в сравнении с эталонным образцом шоколадного продукта, содержащим обычный сахар, который виден по присутствию кристаллических структур.
В соответствии с настоящим изобретением, термин «пористый» при использовании в настоящем документе подразумевает множество не соединенных друг с другом небольших пор, или пустот, или промежутков, через которые может проходить воздух или жидкость. В контексте настоящего изобретения термин «пористый» также применяется для описания аэрированного характера аморфных частиц настоящего изобретения.
В настоящем изобретении термин «пористость» при использовании в настоящем документе означает меру количества пустых пространств (или пустот, или пор) в материале или отношение объема пустот к общему объему массы материала от 0 до 1, или процентное содержание от 0 до 100%
Пористость можно измерять способами, известными в данной области. Например, пористость частицы можно измерить по следующему уравнению:
Пористость = Vp - Vcm / Vp × 100, где Vp представляет объем частицы, а Vcm представляет объем матрицы или наполнительного материала.
В соответствии с настоящим изобретением термин «закрытая» или «внутренняя пористость» при использовании в настоящем документе относится в целом к общей величине пустот или пространств, захваченных в твердое вещество. Как можно видеть на фигурах, фрагментированные аморфные пористые частицы настоящего изобретения демонстрируют внутреннюю микроструктуру, в которой пустоты или поры не соединены с наружной поверхностью указанных частиц. В настоящем изобретении термин «закрытая пористость» также определяется как отношение объема закрытых пустот или пор к объему частицы.
Увеличение пористости аморфных частиц увеличивает скорость их растворения в воде (см. пример 5). Эта увеличенная скорость растворения увеличивает сладость частиц. Однако увеличение пористости частиц также увеличивает их хрупкость. То, что пористые аморфные частицы настоящего изобретения демонстрируют закрытую пористость, является преимуществом. Частицы с закрытой пористостью, в особенности, имеющие множество мелких сферических пор, являются более крепкими, чем частицы с открытыми порами, поскольку сферическая форма с цельными стенками равномерно распределяет любую приложенную нагрузку. При добавлении частиц в кондитерский материал на жировой основе, закрытая пористость имеет дополнительное преимущество перед открытой пористостью, состоящее в том, что жир не проникает внутрь частицы. Такое проникновение внутрь частиц снизило бы количество «свободного» доступного жира для покрытия всех частиц кондитерского материала на жировой основе и привело бы к увеличению вязкости.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения аморфные пористые частицы имеют закрытую пористость 15-80%, предпочтительно 20-70%, более предпочтительно 20-60%.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления аморфные пористые частицы настоящего изобретения имеют закрытую пористость 40-60%, более предпочтительно 50-60%.
-1
-1
-1
-1
Аморфные пористые частицы изобретения могут иметь нормализованную удельную поверхность 0,10-0,18 м, например 0,12-0,17 м. Аморфные пористые частицы изобретения могут иметь нормализованную удельную поверхность 0,10-0,18 м (например, 0,12-0,17 м) и распределение частиц по размерам D90 от 30 до 60 мкм.
В соответствии с настоящим изобретением термин «плотность» при использовании в настоящем документе определяется в традиционных терминах как волюметрическая массовая плотность вещества, представляющая собой массу на единицу объема материала. Плотность следует интерпретировать в соответствии с традиционным пониманием этого термина.
3
3
В контексте настоящего изобретения термин «объемная плотность» при использовании в настоящем документе относится, в традиционных терминах, к массе единичного объема рыхлого материала, такого как порошок, отнесенной к тому же объему воды, и, как правило, выражается в килограммах на кубический метр (кг/см) или г/см
3
3
3
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения аморфные пористые частицы настоящего изобретения имеют плотность 0,3-1,5 г/см, предпочтительно 0,5-1,0 г/см, более предпочтительно 0,6-0,9 г/см.
В соответствии с настоящим изобретением термин «сферичность» при использовании в настоящем документе означает в традиционном смысле меру того, насколько сферическим (круглым) является объект. В контексте настоящего изобретения сферичность относится к сферичности частиц и определяется следующим образом:
2
Сферичность = 4πA / P, где A - измеренная площадь, занимаемая проекцией частицы, а P - измеренный периметр проекции частицы.
Например, идеальная сфера должна иметь расчетную сферичность 1. Однако общеизвестно, что высокая степень сферичности может тем не менее достигаться при значениях менее 1. Например, значение от 0,6 до 1 для объекта или частицы можно считать, по существу, сферическим.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения аморфные пористые частицы настоящего изобретения имеют сферичность от 0,6 до 1, предпочтительно по меньшей мере 0,7 или более предпочтительно по меньшей мере 0,8, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,9 или выше.
В предпочтительном варианте осуществления аморфные пористые частицы настоящего изобретения имеют сферичность, составляющую от 0,8 до 1.
Преимуществом является то, что высокопористый и сферический характер частиц настоящего изобретения вносит вклад в повышенную сладость и более равномерную дисперсию в продукте питания, в особенности, в кондитерских изделиях на жировой основе, где недостатки предыдущего уровня техники, связанные с заменой сахара на традиционные наполнители, обычно приводили к плохим органолептическим качествам, таким как зернистость и недостаток сладости.
Сферические частицы труднее обнаруживаются языком, чем частицы с угловыми краями, и таким образом, в материал, например кондитерское изделие на жировой основе, можно внедрить больше сферических частиц, без появления крупинчатого ощущения во рту. Сферичность также сводит к минимуму внешнюю площадь поверхности, поэтому для покрытия требуется меньше жира. В материалах, таких как кондитерское изделие на жировой основе, это приводит к меньшей вязкости при том же содержании жира, или позволяет добиться той же вязкости при меньшем содержании жира.
В соответствии с настоящим изобретением термин «размер частиц» при использовании в настоящем документе определяется как D90. Величина D90 является стандартным методом описания распределения частиц по размерам. D90 представляет собой диаметр, превышающий значение диаметра для 90% массы частиц в образце. В объеме настоящего изобретения значение D90 по массе эквивалентно значению D90 по объему. Величину D90 можно измерить, например, анализатором размера частиц на основе рассеяния лазерного света. В зависимости от характера образца, можно использовать другие методы измерения распределения частиц по размерам. Например, величину D90 для порошков удобно измерять цифровым анализом изображения (например, используя прибор Camsizer XT), тогда как величину D90 для частиц, содержащихся в материале с непрерывной жировой фазой, например шоколаде, можно измерять по рассеянию лазерного света.
Аморфные пористые частицы настоящего изобретения могут иметь диаметр D90 менее 150 мкм, например менее 90 мкм, предпочтительно менее 80 мкм, более предпочтительно менее 70 или еще более предпочтительно менее 60 мкм.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления размер D90 аморфных пористых частиц настоящего изобретения (например, измеренный методом анализа цифрового изображения) составляет 15-90 мкм, предпочтительно 20-70 мкм, более предпочтительно 30-65 мкм, еще более предпочтительно 35-55 мкм.
В настоящем описании все показатели процентного содержания выражены по массе (мас.%), если не указано иное.
В соответствии с настоящим изобретением термин «сахар» при использовании в настоящем документе понимается в традиционном смысле, как сладкое кристаллическое вещество, полученное из различных растений, в частности из сахарного тростника или сахарной свеклы, и используемое в качестве подсластителя в пищевых продуктах и напитках. В контексте настоящего изобретения термин сахар обозначает и включает в себя все моно-, ди- и олигосахариды, например сахарозу, фруктозу, глюкозу, декстрозу, галактозу, аллулозу, мальтозу, высокодекстрозный эквивалент гидролизованного крахмального сиропа, ксилозу и их комбинации.
В предпочтительном варианте осуществления аморфные пористые частицы настоящего изобретения содержат сахар в количестве 5-70%, предпочтительно 10-50%, еще более предпочтительно 20-40%.
В одном предпочтительном варианте осуществления аморфные пористые частицы настоящего изобретения содержат по меньшей мере 70% сахара.
В соответствии с настоящим изобретением термин «наполнитель» при использовании в настоящем документе понимается в традиционном смысле как пищевая добавка, увеличивающая объем или массу пищевого продукта и не влияющая на полезные качества или функциональность пищевого продукта. В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения наполнители настоящего изобретения представляют собой низкокалорийные или некалорийные добавки, придающие объем и обеспечивающие преимущества более здоровых альтернатив, например, сахару.
Согласно традиционному представлению, наполнители можно использовать для частичной или полной замены высококалорийных ингредиентов, таких как сахар, так чтобы приготовить съедобную рецептуру со сниженной калорийностью. Кроме того, наполнители можно использовать для включения в пищевые продукты в качестве источника растворимых волокон, которые, в отличие от сахара, не являются калорийными.
В одном варианте осуществления аморфные пористые частицы настоящего изобретения содержат наполнитель в количестве 5-70%, например 10-40%, в качестве дополнительного примера – 10-30%, в качестве еще одного примера - 40-70%.
В одном варианте осуществления аморфные пористые частицы настоящего изобретения содержат 10-25% наполнителя.
В соответствии с настоящим изобретением наполнитель может быть выбран из группы, состоящей из полиолов (сахарных спиртов, таких как изомальт, сорбит, мальтит, маннит, ксилит, эритрит и гидролизаты гидрогенизированного крахмала), гуаровой камеди, шелухи семян подорожника, карнубского воска, глицерина, бета-глюкана, полисахаридов (таких как крахмал или пектин), пищевых волокон (включая как нерастворимые, так и растворимые волокна), полидекстрозы, метилцеллюлозы, мальтодекстринов, инулина, сухого молока (например, обезжиренного сухого молока), молочной сыворотки, деминерализованного порошка молочной сыворотки, декстринов, таких как растворимый пшеничный или кукурузный декстрин (например, Nutriose), растворимых волокон, таких как Promitor, и любых их комбинаций.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения наполнитель может быть выбран из группы, состоящей из мальтодекстринов, сухого молока (например, обезжиренного сухого молока (SMP)), порошка деминерализованной молочной сыворотки (DWP), растворимого пшеничного или кукурузного декстрина (например, Nutriose), полидекстрозы, растворимого волокна, такого как Promitor, и любых их комбинаций.
Аморфные пористые частицы изобретения могут содержать (например, состоять в пересчете на сухое вещество из) сахарозу и обезжиренное молоко, причем сахароза присутствует в частицах в количестве по меньшей мере 30%. Отношение сахарозы к обезжиренному молоку может составлять от 0,5 к 1 и от 2,5 к 1 в расчете на массу сухого вещества, например от 0,6 к 1 до 1,5 к 1 в расчете на массу сухого вещества. Обезжиренное молоко может иметь содержание жира ниже 1,5% в расчете на массу сухого вещества, например ниже 1,2%. Компоненты обезжиренного молока могут предоставляться отдельно или в комбинации с сахарозой, например, аморфные пористые частицы изобретения могут содержать сахарозу, лактозу, казеин и сывороточный белок. Сахароза и обезжиренное молоко образуют аморфную пористую частицу, обладающую хорошей устойчивостью к повторной кристаллизации и не обязательно требующую добавления восстанавливающих сахаров или полимеров. Например, аморфные пористые частицы изобретения могут не содержать восстанавливающих сахаров (например, фруктозы, глюкозы или других сахаридов с величиной декстрозного эквивалента. Величину декстрозного эквивалента измеряют, например, методом Лейна-Эйнона). В качестве еще одного примера, аморфные пористые частицы изобретения могут не содержать олиго- или полисахаридов, имеющих три или более сахаридных звена, таких как мальтодекстрин или крахмал.
Аморфные пористые частицы изобретения могут иметь влагосодержание 0,5-6%, например 1-5%, в качестве еще одного примера 1,5-3%.
В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения аморфные пористые частицы могут не содержать сахара и содержать 100% наполнителя.
В соответствии с настоящим изобретением в предпочтительном варианте осуществления аморфные пористые частицы настоящего изобретения содержат поверхностно-активное вещество или стабилизаторы, которые могут быть необходимы для получения частиц настоящего изобретения с закрытыми порами.
Аморфные пористые частицы изобретения могут содержать сахар, наполнитель и поверхностно-активное вещество, которые распределены по всей непрерывной фазе частиц. Более высокие концентрации поверхностно-активного вещества могут присутствовать на границе контакта с газом, в сравнении с остальной непрерывной фазой, но поверхностно-активное вещество может присутствовать в непрерывной фазе внутри частиц, а не просто покрывать внешние поверхности.
В предпочтительном варианте осуществления аморфные пористые частицы настоящего изобретения содержат поверхностно-активное вещество в количестве 0,5-15%, предпочтительно 1-10%, более предпочтительно 1-5%, еще более предпочтительно 1-3%.
В соответствии с настоящим изобретением поверхностно-активное вещество можно выбрать из группы, состоящей из лецитина, сывороточных белков, молочных белков, казеината натрия, лизолецитина, солей жирных кислот, лизоцима, стеароиллактилата натрия, стеароиллактилата кальция, лауроиларгината, моноолеата сахарозы, моностеарата сахарозы, монопальмитата сахарозы, монолаурата сахарозы, дистеарата сахарозы, моноолеата сорбитана, моностеарата сорбитана, монопальмитата сорбитана, монолаурата сорбитана, тристеарата сорбитана, полиглицерил полирицинолеата (PGPR), эфира полиглицерина (PGE) и любых их комбинаций.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения поверхностно-активное вещество может представлять собой казеинат натрия или лецитин.
Специалистам в данной области будет понятно, что в вариантах осуществления по настоящему изобретению, в которых наполнитель получен из сухого молока, например обезжиренного сухого молока или порошка деминерализованной молочной сыворотки, например казеинат натрия присутствует по своей природе.
Аморфные пористые частицы изобретения могут иметь покрытие, например они могут иметь покрытие из тонкого слоя жира, например масла какао. Тонкий слой жира дополнительно увеличивает стабильность частиц в процессе транспортировки и хранения.
Пористый характер аморфных частиц изобретения может приводить к тому, что они будут иметь более светлый цвет, чем твердые кристаллические материалы, такие как кристаллы сахарозы. Аморфные пористые частицы изобретения могут содержать окрашенные ингредиенты, например карамелизованные сахара, или разрешенные пищевые красители, например натуральные пищевые красители.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ приготовления аморфных пористых частиц настоящего изобретения.
В предпочтительном варианте осуществления аморфные пористые частицы настоящего изобретения получают в соответствии с традиционными методами распылительной сушки, как описано ниже.
В предпочтительном аспекте настоящего изобретения предлагается способ получения аморфной пористой частицы настоящего изобретения, включающий (в широких аспектах) стадии:
воздействия на смесь, содержащую сахар, наполнитель и поверхностно-активное вещество, высоким давлением, предпочтительно 50-300 бар, более предпочтительно 100-200 бар;
добавления газа к смеси; и
распыления и сушки смеси с формированием аморфных пористых частиц.
Газ можно добавить до воздействия на смесь давлением. В этом случае газ можно добавить в смесь при низком давлении, а затем подать давление на более поздней стадии технологического процесса, перед распылительной сушкой, например, можно подать давление так, чтобы газ растворился в смеси. Однако процесс сжатия газо-жидкостной смеси сложно контролировать, поэтому предпочтительно воздействовать на смесь давлением до добавления газа, иными словами, газ можно добавить в смесь, находящуюся под давлением.
Соответственно, способ получения аморфной пористой частицы настоящего изобретения может включать в себя стадии:
a) воздействия на смесь, содержащую сахар, наполнитель и поверхностно-активное вещество, высоким давлением, предпочтительно 50-300 бар, более предпочтительно 100-200 бар;
b) добавления газа к находящейся под давлением смеси и
c) распыления и сушки смеси с формированием аморфных пористых частиц.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения смесь, содержащая сахар, наполнитель и поверхностно-активное вещество можно смешать с 30% воды, предпочтительно 40% воды, и более предпочтительно 50% воды до достижения полного растворения.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения смесь, содержащая сахар, наполнитель и поверхностно-активное вещество, подвергали действию высокого давления, например, давления выше 2 бар, как правило 50-300 бар, предпочтительно 100-200 бар, более предпочтительно 100-150 бар.
Газ предпочтительно растворяли в смеси до распыления, причем смесь, содержащую растворенный газ удерживали под высоким давлением вплоть до момента распыления. Как правило, газ выбирают из группы, состоящей из азота, углекислого газа, закиси азота и аргона. Газ может представлять собой воздух. Предпочтительно газ представляет собой азот и его добавляют столько, сколько нужно до достижения полного растворения газа в указанной смеси. Например, время достижения полного растворения может составлять по меньшей мере 2 минуты, например по меньшей мере 4 минуты, в качестве дополнительного примера, по меньшей мере 10 минут, в качестве дополнительного примера, по меньшей мере 20 минут, в качестве дополнительного примера, по меньшей мере 30 минут.
Сушка может представлять собой распылительную сушку, например распыление и сушка могут представлять собой сушку распылением. Находящуюся под давлением смесь можно высушить распылением с использованием известных в данной области традиционных методов распылительной сушки. Однако преимуществом является то, что если выбран процесс распылительной сушки, который максимально увеличивает формирование отдельных сферических частиц, то для уменьшения образования агломератов можно использовать однопоточный распылительный осушитель с закрытым верхом. Даже если условия распылительной сушки оптимизированы для уменьшения образования агломератов, некоторая доля частиц может иметь форму агломератов, например менее 30%.
В альтернативном варианте осуществления для реализации способа настоящего изобретения допустимо использовать другие известные процедуры, например пенную сушку, сублимационную сушку, сушку на лотках, сушку в псевдоожиженном слое и т.п.
В еще одном аспекте в настоящем изобретении также предлагаются аморфные пористые частицы, полученные указанным способом, описанным в настоящем документе.
В соответствии с общим аспектом настоящего изобретения аморфные пористые частицы настоящего изобретения имеют широкий диапазон сфер применения, включая все виды применения в сухих пищевых смесях, для которых обычно используют сахар. Например, указанные частицы настоящего изобретения можно использовать в разнообразных пищевых продуктах, таких как кондитерское изделие, кулинарное изделие, молочный продукт, питательная смесь, готовый завтрак или мороженое. В одном предпочтительном аспекте настоящего изобретения акцент делается на использовании аморфных пористых частиц для замены сахара в кондитерских изделиях (включая кондитерские изделия на основе как жира, так и сахара).
В настоящем изобретении термин «кондитерское изделие» или «кондитерское изделие на жировой основе» следует понимать как означающее шоколадный продукт, шоколадоподобный продукт (например, содержащий заменители масла какао, эквиваленты или заместители масла какао), шоколадное покрытие, шоколадоподобное покрытие, шоколадное покрытие для мороженого, шоколадоподобное покрытие для мороженого, пралине, шоколадный наполнитель, помадку, шоколадный крем и экструдированный шоколадный продукт и т.п. Продукт может быть в форме, среди прочего, воздушного изделия, плитки или наполнителя. Кондитерское изделие на жировой основе может представлять собой белый шоколад; содержащий сахар, сухое молоко и масло какао, но не содержащий темного материала какао. Шоколадные продукты или композиции можно использовать в качестве покрытий, наполнителей, глазировочных композиций или других ингредиентов в готовом или итоговом пищевом или кондитерском изделии. Кондитерское изделие изобретения может дополнительно содержать включения, такие как орехи, зерна и т.п.
В альтернативном варианте осуществления кондитерское изделие также включает кондитерское изделие не на жировой основе, например традиционные сахарные кондитерские продукты.
Как известно специалистам в данной области, кондитерское изделие, содержащее аморфные пористые частицы настоящего изобретения, можно использовать в качестве наполнителей между печеньем (например, вафлями), в составе покрытия или в качестве покрытия. Также оно может содержать включения, такие как орехи, воздушные зерна, хлопья из шоколада, хлопья из сахара, кусочки фруктов, кусочки карамели, печенье, вафли, кремы и т.п.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается кондитерская композиция на жировой основе, содержащая
a) какао-порошок, или тертое какао, или масло какао, или эквиваленты масла какао, или любые их комбинации и
b) 5-60 мас.% аморфных пористых частиц в соответствии с настоящим изобретением.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается кондитерская композиция на жировой основе, содержащая
c) какао-порошок, или тертое какао, или масло какао, или эквиваленты масла какао, или любые их комбинации и
d) 5-60 мас.% аморфных пористых частиц,
причем указанные аморфные пористые частицы содержат сахар, наполнитель и поверхностно-активное вещество, и при этом указанные аморфные пористые частицы имеют закрытую пористость 20-60%. Указанные аморфные частицы могут иметь сферичность, составляющую от 0,8 до 1.
В изобретении может предлагаться кондитерская композиция на жировой основе, содержащая
a) какао-порошок, или тертое какао, или масло какао, или эквиваленты масла какао, или любые их комбинации и
b) 5-60% аморфных пористых частиц в соответствии с настоящим изобретением.
причем указанные аморфные пористые частицы содержат (например, состоят в пересчете на сухое вещество из) сахарозу и обезжиренное молоко, причем сахароза присутствует в частицах в количестве по меньшей мере 30%, отношение сахарозы к обезжиренному молоку составляет от 0,5 к 1 до от 2,5 к 1 в расчете на массу сухого вещества, например от 0,6 к 1 до 1,5 к 1 в расчете на массу сухого вещества. Преимущественно, чтобы кондитерская композиция на жировой основе могла содержать только ингредиенты, обычно обнаруживаемые в кондитерских изделиях на жировой основе, например в шоколаде. Аморфные пористые частицы, содержащиеся в кондитерском изделии на жировой основе, могут не содержать восстанавливающих сахаров и/или олиго- и полисахаридов с количеством сахаридных звеньев три и более.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения кондитерское изделие на жировой основе содержит 5-60% аморфных пористых частиц, предпочтительно 10-50%, более предпочтительно 20-40%.
Все термины, такие как «аморфный», «пористый», «сахар», «поверхностно-активное вещество», «наполнитель» и «сферичность» определены выше.
В предпочтительном варианте осуществления кондитерское изделие на жировой основе содержит аморфные пористые частицы, имеющие температуру стеклования по меньшей мере 40°C или выше. В другом варианте осуществления кондитерское изделие на жировой основе содержит аморфные пористые частицы с размером D90 частиц 30–60 мкм, например от 30 до 60 мкм.
В соответствии с настоящим изобретением кондитерское изделие на жировой основе, содержащее аморфные пористые частицы настоящего изобретения, готовят в соответствии с традиционными процессами получения шоколада, известными и очевидными специалистам в данной области.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ получения кондитерского изделия на жировой основе, содержащего аморфные пористые частицы, причем способ включает в себя стадии a) перемешивания указанных аморфных пористых частиц, необязательно сухого молока, тертого какао и некоторой доли жира (например, масла какао) при температуре предпочтительно от 35 до 55°C в течение предпочтительно 2-20 минут. В предпочтительном варианте осуществления от 15 до 30% общего содержания жира (например, масла какао), присутствующего после разжижения, используют на следующей стадии. b) Рафинирования полученной смеси с получением хлопьев. c) Перемешивания хлопьев с остальным жиром и лецитином и разжижение. Аморфные пористые частицы на стадии перемешивания могут иметь распределение частиц по размерам D90 от 30 до 60 мкм. Для рафинирования смеси можно использовать рафинировочные вальцы. Чем меньше зазор между вальцами при рафинировании, тем выше вероятность разламывания аморфных частиц в процессе рафинирования на рафинировочных вальцах. Аморфные пористые частицы на стадии перемешивания могут иметь распределение частиц по размерам D90 от 60% до 120% от минимального зазора между вальцами.
В предпочтительном варианте осуществления проводят разжижение традиционным способом, известным специалистам в данной области, и именуемым коншированием, которое является стандартным процессом в производстве шоколада.
Преимуществом является то, что жесткие условия обработки в процессе изготовления шоколада, например при рафинировании, не разрушают аморфные пористые частицы настоящего изобретения. Авторами изобретения неожиданно было обнаружено, что, более 90% частиц настоящего изобретения перенесли процесс рафинирования. Более того, неожиданно было обнаружено, что фрагментированные частицы настоящего изобретения сохраняли пористость и не теряли содержащихся внутри пузырьков газа. Это отражается на пищевых продуктах в виде более светлой окраски, например шоколадных продуктов, содержащих указанные частицы настоящего изобретения.
Эксперименты с визуализацией четко показывают, что частицы настоящего изобретения остаются неизменными и на них не влияют стадии процесса приготовления шоколада. Выполненная органолептическая оценка показала хорошие вкусовые качества и светлую кремообразную текстуру, а также ощущение во рту, указывающее, что светлый цвет и аэрация (т.е. пузырьки) продукта не изменились.
Аморфные пористые частицы изобретения можно добавлять в кондитерское изделие на жировой основе, такое как шоколад, после рафинирования, но перед разжижением, например перед разжижением путем конширования. Аморфный пористый характер частиц затрудняет их обнаружение ртом и небом в сравнении с кристаллическим сахаром эквивалентного размера и формы. Это дает возможность добавлять аморфные пористые частицы изобретения в шоколад после процесса рафинирования, не приводя к более грубым ощущениям во рту. Например, соответствующие изобретению аморфные пористые частицы, имеющие размер D90 частиц 30-80 мкм, например 30-60 мкм, можно добавлять в шоколад после стадии рафинирования, предпочтительно перед разжижением, например перед разжижением путем конширования. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагается способ получения кондитерского изделия на жировой основе, содержащего аморфные пористые частицы, причем способ включает в себя стадии a) смешивания кристаллической сахарозы, масла какао и, необязательно, сухого молока и/или тертого какао при температуре предпочтительно от 35 до 55°C в течение предпочтительно 2-20 минут, b) рафинирования полученной смеси с получением хлопьев, c) добавления указанных аморфных пористых частиц и d) смешивания хлопьев с дополнительным количеством масла какао и, необязательно, лецитином и разжижение (например в конш-машине). В предпочтительном варианте осуществления на стадии смешивания используется 15-30% общего масла какао, присутствующего после разжижения.
В соответствии с настоящим изобретением аморфные пористые частицы в одном варианте осуществления представлены в форме порошка. В альтернативном варианте осуществления указанные аморфные пористые частицы настоящего изобретения также могут быть агломерированы способами, известными в данной области, с получением материала с дополнительно улучшенными свойствами обработки, такими как текучесть и меньшее пылеобразование. Предпочтительно, чтобы агломераты сохраняли преимущественно закругленные поверхности, что способствует их текучим свойствам в материалах на жировой основе, например в шоколаде. Также предпочтительно, чтобы агломераты не были слишком большими, что может сделать текстуру при поедании более крупинчатой. Агломерированные частицы могут иметь выпуклые скругленные поверхности, состоящие из поверхностей отдельных сферических частиц. У агломерированных частиц по меньшей мере 70% их поверхности может быть выпуклой. Агломерированные частицы могут содержать менее 20 (например, менее 10) сферических частиц. Агломерированные частицы могут иметь значение D90 распределения частиц по размерам от 80-500 мкм, например 120-450 мкм, в качестве дополнительного примера 150-250 мкм.
В следующем описании дается ссылка на использование аморфных пористых частиц настоящего изобретения в качестве объемных сахарозаменителей в кондитерских изделиях на жировой основе, как предпочтительного варианта осуществления. Однако аморфные пористые частицы настоящего изобретения могут также использоваться в широком спектре пищевых продуктов, как указано выше.
В настоящем изобретении термин «объемный сахарозаменитель» при использовании в настоящем документе означает низкокалорийный или некалорийный заменитель сахара, который можно использовать в равновесовом или равнообъемном соотношении вместо сахара. Как отмечалось выше, комбинация аморфных высокопористых частиц сахара и наполнителя обеспечивает синергетический эффект, при котором дополнительный эффект наполнения достигается вследствие аэрирования. В одном аспекте настоящего изобретения преимуществом является то, что это позволяет уменьшить по меньшей мере на 70% содержание сахара в пищевом продукте, например кондитерском изделии на жировой основе. Предпочтительно содержание сахара в пищевом продукте, например кондитерском изделии на жировой основе, можно уменьшить по меньшей мере на 65%.
Предпочтительно содержание сахара в пищевом продукте, например кондитерском изделии на жировой основе, можно уменьшить по меньшей мере на 5-70% или удалить его полностью.
В одном варианте осуществления изобретения, в котором аморфные пористые частицы содержатся в кондитерской композиции на жировой основе, а частицы содержат (например, состоят в пересчете на сухое вещество) сахарозу и обезжиренное молоко, увеличение доли обезжиренного молока относительно сахарозы уменьшает количество сахарозы в общей кондитерской композиции на жировой основе. Это может быть преимуществом, поскольку многие потребители приветствовали бы имеющее приятный вкус кондитерское изделие на жировой основе с пониженным содержанием сахара и оценили бы высокое содержание молока. Уменьшение доли сахарозы в частицах напрямую уменьшает их сладость, а также уменьшает скорость растворения частиц во рту, что дополнительно уменьшает ощущаемый во рту сладкий вкус. Однако авторы изобретения обнаружили, что увеличение пористости частиц, в частности закрытой пористости частиц, может увеличить скорость растворения и воспрепятствовать уменьшению сладкого вкуса. Соответственно, в изобретении может предлагаться кондитерская композиция на жировой основе, содержащая
a) какао-порошок, или тертое какао, или масло какао, или эквиваленты масла какао, или любые их комбинации и
b) 5-60% (например, 20-55%) аморфных пористых частиц в соответствии с настоящим изобретением.
причем указанные аморфные пористые частицы имеют влагосодержание от 1% до 5% (например, от 2% до 3%), содержат сахарозу и обезжиренное молоко в количестве по меньшей мере 95% частиц в пересчете на сухое вещество (например, по меньшей мере 98%), имеют отношение сахарозы к обезжиренному молоку от 0,5 : 1 до 0,6 : 1 и имеют закрытую пористость от 20% до 60%, например от 30% до 60%, в качестве еще одного примера, от 40% до 50%. Авторы изобретения обнаружили влияние изменения отношения сахарозы к обезжиренному сухому молоку на стабильность аморфных пористых частиц (см. пример 5). Присутствует значительное снижение стабильности, если отношение сахарозы к обезжиренному сухому молоку превышает 0,6 : 1. Следовательно, если нужно уменьшить содержание сахарозы в пищевом продукте путем замены кристаллической сахарозы на аморфные пористые частицы изобретения, содержащие сахарозу и обезжиренное молоко, то оптимальное для использования соотношение составляет около 0,66 : 1.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения аморфные пористые частицы сахара настоящего изобретения можно использовать в качестве объемного сахарозаменителя в пищевом продукте. Аморфные пористые частицы сахара настоящего изобретения можно использовать для уменьшения содержания сахара в пищевом продукте. Например, аморфные пористые частицы сахара можно использовать для уменьшения содержания сахара (например, содержания сахарозы) в кондитерском изделии на жировой основе на от 50 до 70% по объему, или для уменьшения содержания сахара (например, содержания сахарозы) в кондитерском изделии на жировой основе на 10–35 мас.%.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения аморфные пористые частицы сахара предпочтительно используют в пищевом продукте, таком как кондитерское изделие, кулинарное изделие, молочный продукт, питательная смесь, готовый завтрак или мороженое.
В еще одном предпочтительном варианте настоящего изобретения предлагается композиция подсластителя, состоящая их аморфных пористых частиц, содержащих сахар, наполнитель и поверхностно-активное вещество, причем указанные аморфные частицы имеют закрытую пористость 20-60% и дополнительно характеризуются тем, что аморфные пористые частицы имеют сферичность, составляющую по меньшей мере 0,8-1.
Диапазоны
При обсуждении изобретения в настоящем документе, если не сказано иное, описание альтернативных значений для верхнего и нижнего предела допустимого диапазона параметра в сочетании с заявленным обозначает, что одно из указанных значений предпочтительнее других. Это следует понимать в том смысле, что каждое промежуточное значение указанного параметра, находящееся между более предпочтительным и менее предпочтительным из указанных альтернативных значений, само по себе является более предпочтительным по отношению к указанному менее предпочтительному значению, а также к каждому менее предпочтительному значению и указанному промежуточному значению.
Для всех верхних и/или нижних границ каких-либо параметров, приведенных в настоящем документе, граничное значение включается в значение каждого параметра. Следует также понимать, что все комбинации предпочтительных и/или промежуточных минимальных и максимальных значений границ параметров, описанных в данном документе в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, могут быть также использованы для определения альтернативных диапазонов каждого параметра в различных других вариантах осуществления и/или предпочтительных вариантах изобретения, независимо от того, была или не была комбинация таких значений конкретно описана в настоящем документе.
Процентное содержание
Если не указано иное, % в настоящем описании соответствует мас.%.
Следует понимать, что суммарное количество любых количеств, выраженное в настоящем документе в виде процентных содержаний, не может (с учетом ошибок округления) превышать 100%. Например, сумма всех компонентов, которые включаются в композицию изобретения (или его часть (-и)), может в массовом (или ином) процентном содержании композиции (или аналогичной (-ых) ее части (-ей)) составлять в общей сумме 100%, допуская ошибки округления. Тем не менее, когда список компонентов не является исчерпывающим, то сумма процентного содержания каждого из таких компонентов может быть меньше 100%, для обеспечения определенного процента для дополнительных(-ого) количеств(-а) любого(-ых) дополнительного(-ых) компонента(-ов), который может не быть явно описан в настоящем документе.
По существу
Используемый здесь термин «по существу» может относиться к количеству или объекту, подразумевая их количество или пропорцию. Там, где это применимо в том контексте, в котором термин «по существу» используется, его можно понимать как количество (по отношению к любой величине или образованию, к которому оно относится в контексте описания), подразумевая пропорцию по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 85%, еще более предпочтительно по меньшей мере 90%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 95%, особенно по меньшей мере 98%, например около 100% от соответствующего целого числа. По аналогии термин «по существу, не содержащий» может сходным образом означать, что количество или объект, к которому оно относится, содержит не более 20%, предпочтительно не более 15%, более предпочтительно не более 10%, еще более предпочтительно не более 5% и наиболее предпочтительно не более 2%, например около 0% от соответствующего целого.
Использующийся здесь термин «включающий» будет означать, что приведенный список не является исчерпывающим, может или не может включать в себя любые другие дополнительные подходящие элементы, например один или более дополнительных свойств, компонентов, ингредиентов и/или заменителей в зависимости от обстоятельств. Следовательно, слова «содержит», «содержащий» и т.п. следует толковать в охватывающем смысле, в отличие от исключающего или исчерпывающего смысла; то есть в смысле «включая без ограничений». Следует отметить, что варианты осуществления и элементы, описанные в контексте одного из аспектов настоящего изобретения, также применимы к другим аспектам изобретения.
Экспериментальный раздел
Определение температуры стеклования
Температуры стеклования (Tg) измеряли методом дифференциальной сканирующей калориметрии (прибор TA Instrument Q2000). Использовали процедуру с двойным сканированием для устранения энтальпии релаксации и лучшей видимости стеклования. Скорость сканирования составляла 5°C/мин. Первое сканирование останавливали при температуре приблизительно на 30°C выше Tg. Далее систему охлаждали со скоростью 20°C/мин. Стеклование регистрировали при втором сканировании и определяли его как начало ступенчатого изменения теплоемкости.
Определение структур с использованием крио-сканирующей электронной микроскопии
Для исследования микроструктуры аморфных пористых частиц настоящего изобретения в жировой матрице пищевого продукта использовали крио-сканирующую электронную микроскопию (крио-СЭМ) и рентгеновскую томографию (РКТ).
3
Фрагмент образца размером 1 см вклеивали в держатель образцов крио-СЭМ с использованием TissueTek. Образец быстро замораживали в жидком азоте, а затем переносили в криоблок приготовления Gatan Alto 2500 при -170°C. Замороженный образец разламывали с использованием охлажденного ножа, чтобы сделать доступной его внутреннюю структуру. Разламывание не проводили при анализе внешней поверхности шоколада. Выполняли небольшое протравливание поверхностной воды в блоке приготовления в течение 15 мин при -95°C, с последующей стабилизацией образца при -120°C. Окончательное покрытие формировали путем нанесения на поверхность слоя платины толщиной 5 нм. Для визуализации использовали пушку с полевой эмиссией FEI Quanta 200 FEG при 8 кВ в режиме высокого вакуума.
Определение сферичности
Сферичность измеряли при помощи прибора Camsizer XT. Это оптоэлектронный прибор, позволяющий измерять параметры размера и формы порошков, эмульсий и суспензий. Метод анализа цифрового изображения основан на обработке компьютером большого количества снимков образца, сделанных с частотой 277 снимков в секунду двумя разными камерами одновременно. Образец при проведении измерения освещают двумя импульсными светодиодными источниками света. Размер и форму частиц (включая сферичность) анализируют с использованием удобного программного обеспечения, вычисляющего соответствующие кривые распределения в режиме реального времени.
Для получения показателя сферичности измеряли периметр проекции частицы и занимаемую площадь.
Аморфные пористые частицы (порошок)
Сферичность
Сахароза : Promitor 70 : 30 (+ 3% казеината натрия) (пример 2)
0,852
Сахароза : DWP 70 : 30 (пример 3)
0,877
Сахароза : SMP 70 : 30 (пример 4)
0,880
Размер частиц
Значения размера частиц, приведенные в настоящем документе, можно измерить с использованием анализатора размера частиц Coulter LS230 (лазерная дифракция) или любой другой сходной системы, известной специалистам в данной области. В настоящем изобретении термин «размер частиц» при использовании в настоящем документе определяется как D90. Величина D90 является стандартным методом описания распределения частиц по размерам. D90 представляет собой диаметр, превышающий значение диаметра для 90% массы частиц в образце. Величину D90 можно измерить, например, анализатором размера частиц на основе рассеяния лазерного света. Например, размер частиц, содержащихся в кондитерских материалах на жировой основе, например шоколаде, можно измерять по рассеянию лазерного света. Значения размеров частиц в порошках можно измерить путем анализа цифрового изображения, например с использованием прибора Camsizer XT (Retsch Technology GmbH, Германия).
Настоящее изобретение будет дополнительно подробно описано в представленных ниже примерах, не имеющих ограничительного характера. Приведенные ниже примеры предложены только для целей иллюстрации и их не следует интерпретировать как ограничивающие объем настоящего изобретения.
Следует понимать, что специалистам в данной области будут очевидны различные изменения и модификации предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления, описанных в настоящем документе. Такие изменения и модификации можно осуществлять без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения и без преуменьшения присущих ему преимуществ. Следовательно, предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает такие изменения и модификации.
Следует понимать, что, если (например, в приведенных в настоящем документе примерах) указанное массовое процентное содержание не составляет в сумме 100% (например, из-за округления), его также можно рассматривать как рецептуры, в которых одинаковые значения массового процентного содержания каждого ингредиента считаются относительной частью по массе.
Примеры
Приведенные ниже примеры являются иллюстрациями продуктов и способов их получения, попадающих в объем настоящего изобретения. Их не следует считать каким-либо образом ограничивающими изобретение. В отношении изобретения возможны изменения и модификации. То есть специалисту в данной области будут понятны многочисленные возможные вариации этих примеров, охватывающие широкий спектр композиций, ингредиентов, способов обработки и смесей, и он может регулировать естественно возникающие уровни соединений изобретения для различных сфер применения.
Пример 1
Приготовление аморфных пористых частиц настоящего изобретения
Ингредиенты
Количество (мас.%)
Вода
50
Сахароза
24,25-38,8
Наполнитель
11,8-24,25
Казеинат натрия
1,5
Все ингредиенты взвешивали по отдельности, а затем смешивали в смесителе Polytron PT3000D до полного растворения при комнатной температуре при скорости 6000 и 12 000 об/мин. Входной раствор переносили в сосуд с контролируемой температурой 55°C, а затем прокачивали при давлении 100-130 бар. Азот высокого давления впрыскивали при 0,5-2 нормолитрах/мин в течение по меньшей мере 10 мин или по меньшей мере до достижения полного растворения газа в растворе. После предварительного нагревания при 60°C, раствор подвергали распылительной сушке, используя однопоточный распылительный осушитель с закрытым верхом, в соответствии с параметрами, приведенными в таблице ниже.
Параметры распылительной сушки
Форсунка
Символьное (диаметр 0,35)
Температура воздуха на входе
120°C
Выходная температура
85°C
Объем осушающего воздуха
400 м<sup>3</sup>
Давление насоса
130 бар
Впрыск газа
0,5–2 нормолитра/мин
Скорость потока раствора
12 л/ч
Стандартная эталонная рецептура для приготовления шоколада
Ингредиенты
Количество (мас.%)
Сахар
46,47
Цельное сухое молоко
23
Тертое какао
11
Масло какао
19
Лецитин
0,5
Ванилин
0,03
Использовали стандартный процесс приготовления шоколада. Все сухие ингредиенты и 26% жира масла какао нагревали при температуре 45°C в течение 3 мин. После перемешивания полученную пасту пропускали через двухвалковое рафинировочное устройство и пятивалковое рафинировочное устройство с получением хлопьев с размером частиц в диапазоне 50-55 мкм.
После рафинирования смесь, содержащую рафинированную массу, перемешивали с остальным жиром и лецитином для ее разжижения при температуре 45°C в течение 3 мин.
Пример 2
Имеющую пониженное содержание сахара шоколадную композицию готовили аналогично стандартной рецептуре, как описано выше, с использованием тех же ингредиентов, но вместо сахара использовали композицию сахароза : Promitor 70 : 30 и 3% казеината натрия в форме аморфного порошка.
Ингредиенты
Количество (мас.%)
Сахароза : Promitor 70 : 30 (+ 3% казеината натрия)
32
Цельное сухое молоко
29
Тертое какао
14
Масло какао
24
Лецитин
1
Ванилин
0
Пример 3
Имеющую пониженное содержание сахара шоколадную композицию готовили аналогично примеру 2, как описано выше, с использованием тех же ингредиентов, но вместо сахара использовали композицию сахароза : DWP 70 : 30 в форме аморфного порошка.
Ингредиенты
Количество (мас.%)
Сахароза : DWP 70 : 30
27
Цельное сухое молоко
31
Тертое какао
15
Масло какао
26
Лецитин
1
Ванилин
0
Пример 4
Имеющую пониженное содержание сахара шоколадную композицию готовили аналогично примерам 2 и 3, как описано выше, с использованием тех же ингредиентов, но вместо сахара использовали композицию сахароза : SMP 70 : 30 в форме аморфного порошка.
Ингредиенты
Количество (мас.%)
Сахароза : SMP 70 : 30
32
Цельное сухое молоко
29
Тертое какао
14
Масло какао
24
Лецитин
1
Ванилин
0
Неожиданно было обнаружено, что замена сахара на 100% аморфными пористыми частицами настоящего изобретения в рецептурах шоколада, как описано в приведенном выше примере, позволила получить образцы шоколада, близко соответствующие эталонному образцу по текстуре, вкусоароматическим свойствам и сладости. Сходные результаты были также получены для рецептур наполнителей для кондитерских изделий на жировой основе, например рецептур наполнителей для вафель.
Дополнительно, образцы, приготовленные в соответствии с настоящим изобретением и содержащие аморфные пористые частицы вместо сахара, продемонстрировали существенную корреляцию с дополнительными желательными вкусоароматическими свойствами, такими как молочный, карамельный, ванильный и масляный.
Пример 5
Влияние изменения состава аморфной матрицы было исследовано при разных соотношениях обезжиренного сухого молока (SMP) и сахарозы. Эта аморфная матрица должна быть устойчива к кристаллизации, например, при производстве шоколада матрица должна оставаться аморфной в условиях температуры и влажности, используемых при коншировании. Если условия обработки или хранения приближаются к тем, при которых аморфный материал испытывает стеклование, то существует возможность возникновения кристаллизации, приводящей к разрушению частиц, например лактоза, присутствующая в аморфных пористых частицах обезжиренного сухого молока, а также сахароза могут кристаллизоваться.
Были получены аморфные пористые частицы с разными соотношениями сахароза : SMP; 40 : 60, 50 : 50, 60 : 40, 70 : 30, которые сравнивали с чистой аморфной сахарозой и SMP. Аморфное SMP получали распылительной сушкой. Аморфную сахарозу получали сублимационной сушкой (Millrock, США). Готовили раствор, содержащий 10% (по массе) сахарозы. Раствор замораживали при -40°C в течение 6 часов, обеспечивая формирование кристаллов льда. Первичную сушку выполняли при 150 мТорр. Кристаллы льда сублимировались и оставляли после себя пустоты, приводящие к получению высокопористой структуры. Вторичная сушка включала в себя изменение температуры от -40°C до 40°C со скоростью 1°C/час. На этой стадии остаточную воду, связанную с матрицей, удаляли путем десорбции, и при этом оставалось очень малое влагосодержание, как правило, 1-2% по данным термогравиметрического анализа.
w
w
Поскольку образцы изначально имеют разные значения активности воды (a), были построены изотермы сорбции для вычисленной Tg при одинаковом значении a.
g
g
g
g
w
1) Изотермы сорбции строили, получая за короткие периоды времени (т.е. обычно за 48 часов) образцы, хранящиеся в двух типах сушильных шкафов (один - для частичной сушки, и один - для увлажнения). Величину Tg каждого образца получали, используя второе сканирование эксперимента ДСК при скорости нагрева 5°C/мин. При температуре приблизительно на 30°C выше T первое сканирование нужно было останавливать для предотвращения влияния энтальпии релаксации на измерение T. Далее определяли начальную T продукта, используя второе сканирование. После 2 ч нагревания при T + 5°C измеряли a при 25°C.
w
w
2) Аппроксимацию по БЭТ выполняли для зависимости влагосодержания от a(0,08-0,35), а также по Гордону — Тейлору для зависимости Tg от a (соответствующий диапазон).
a. Уравнение Брунауэра — Эммета — Теллера (БЭТ):
,
m
где C является константой, а M представляет собой влагосодержание в монослое БЭТ (в расчете на массу сухого вещества);
b. Уравнение Гордона — Тейлора (Gordon and Taylor, 1952):
,
g,вода
g,сух.
где w представляет собой содержание воды в расчете на массу сухого вещества, T представляет собой температуру стеклования воды, по расчетам составляющую -135°C, T представляет собой температуру стеклования сахарозы, и k является константой кривизны.
Строили график зависимости температуры стеклования (Tg) от содержания сахарозы (фиг. 3) для аморфных частиц при активности воды 0,1 и температуре 25°C. Можно видеть гораздо более выраженное снижение температуры стеклования при увеличении содержания сахарозы до 40% и выше (соотношение 0,66 : 1). Это означает существенное снижение устойчивости (к кристаллизации), когда уровень сахарозы в аморфной матрице, содержащей сахарозу и обезжиренное сухое молоко, превышает 40%. Следовательно, если нужно уменьшить содержание сахарозы в пищевом продукте путем замены кристаллической сахарозы на аморфные пористые частицы изобретения, содержащие сахарозу и обезжиренное молоко, то оптимальная для использования пропорция составляет около 40% сахарозы на 60% обезжиренного сухого молока.
Пример 6
Исследовали влияние изменения пористости и состава на скорость растворения и восприятие сладкого вкуса. Аморфные пористые частицы получали, как описано в примере 1, при помощи входного раствора, содержащего 50 мас.% воды и 50 мас.% сахарозы + SMP (обезжиренное сухое молоко) в надлежащем соотношении. Казеинат натрия не добавляли, поскольку он уже присутствует в SMP. Распределение частиц по размерам измеряли с использованием прибора Camsizer XT (Retsch Technology GmbH, Германия).
Порошок
Соотношение сахароза : SMP
Закрытая пористость
Распределение частиц по размерам D90
A
70 : 30
50%
50 мкм
B
60 : 40
53%
53 мкм
C
50 : 50
51%
52 мкм
D
40 : 60
57%
60 мкм
E
30 : 70
60%
55 мкм
Готовили образцы с разными уровнями пористости, но со сходным распределением частиц по размерам и сходным составом. Образец G готовили без впрыска газа. При этом был получен очень низкий уровень закрытой пористости (6%). Варьирование потока газа вплоть до скорости 2 нормолитра в минуту позволило получать увеличивающиеся уровни закрытой пористости.
Порошок
Соотношение сахароза : SMP
Закрытая пористость
Распределение частиц по размерам D90
A
70 : 30
50%
50 мкм
F
70 : 30
33%
41 мкм
G
70 : 30
6%
40 мкм
Закрытую пористость получали, измеряя плотность матрицы и видимую плотность.
3
Плотность матрицы измеряли прибором DMA 4500 M (Anton Paar, Switzerland AG). Образец помещали в U-образную трубку из боросиликатного стекла, в которой возбуждали вибрации с характеристической частотой, зависящей от плотности образца. Точность прибора составляет 0,00005 г/см для плотности и 0,03°C для температуры.
Видимую плотность порошков измеряли пикнометром Accupyc 1330 (Micrometrics Instrument Corporation, США). Этот прибор определяет плотность и объем, измеряя изменение давления гелия в калиброванном объеме с точностью показаний до 0,03%, плюс 0,03% номинального объема камеры с полноразмерной ячейкой.
Закрытую пористость вычисляют из плотности матрицы и видимой плотности по следующему уравнению:
.
Тестирование растворения выполняли следующим образом. 30,0 г ± 0,1 г воды (класса milliQ) помещали в химический стакан на 100 мл (h = 85 мм, ∅ = 44 мм) с магнитной мешалкой (L = 30 мм, ∅ = 6 мм). Устанавливали скорость перемешивания 350 об/мин, и к раствору добавляли 1,000 г ± 0,002 г порошка. В процессе растворения показатель преломления раствора регистрировали один раз в секунду до достижения полного растворения. Показатель преломления измеряли при помощи прибора FISO FTI-10 Fiber Optic Conditioner. Эти эксперименты проводили при комнатной температуре (23-25°C).
Результаты изменений состава представлены на фиг. 4. Порошки с более низкой долей сахарозы растворялись медленнее. Результаты изменений пористости представлены на фиг. 5. Порошки с существенной пористостью (A и F) растворялись быстрее, чем порошок, не подвергавшийся газированию (G).
Некоторые из порошков использовали для приготовления кондитерского изделия на жировой основе, имеющего вид таблеток белого шоколада. Все таблетки имели общее содержание сахара 58%, и формовались в форме одинакового размера. Группа из 10 дегустаторов оценивала сладость таблеток, пробуя образцы, содержащие одинаковый объем шоколада. Из-за разной плотности порошков пробуемые фрагменты содержали разное количество сахара по массе. Для сравнения готовили эталонный образец с рафинированным кристаллическим сахаром. Таблетки сравнивали попарно.
Первая таблеткаПорошок, отношение, пористость
% сахара по объему
Вторая таблеткаПорошок, отношение, пористость
% сахара по объему
Результат
A, 70 : 30, 50%
31
D, 40 : 60, 57%
39
A представлял собой подсластитель
G, 70 : 30, 6%
55
F, 70 : 30, 33%
41
F представлял собой подсластитель
G, 70 : 30, 6%
55
A, 70 : 30, 50%
31
Сходная сладость
Эталон
58
D, 40 : 60, 57%
39
Сходная сладость
Увеличение отношения сахарозы к обезжиренному сухому молоку (A по сравнению с D) увеличивало сладость. Увеличение пористости (F по сравнению с G) также увеличивало пористость. Увеличение пористости с 6 до 50% (с G до A) обеспечивало сходную сладость, несмотря на снижение содержания сахара в образце с 55 до 31%. Это показывает, что увеличение пористости аморфных частиц увеличивает восприятие сладости и позволяет снизить общее содержание сахара (по объему). Таблетка с аморфным пористым порошком D обеспечивала сладость, сходную с контрольным образцом с кристаллическим сахаром, несмотря на то, что содержала меньше сахара по объему. Это показывает, что частицы, соответствующие изобретению, можно использовать для замены традиционного сахара и обеспечения сходной сладости при уменьшении добавления сахара на шоколадную таблетку.
Пример 7
Пористую структуру аморфных частиц исследовали, используя метод рентгеновской томографической микроскопии с синхротронным излучением (SRXTM) на синхротронном пучке TOMCAT источника Swiss Light Source (SLS), Paul Scherrer Institut, Швейцария. При получении изображений использовался стандартный подход с осью вращения, расположенной в середине поля зрения. Время экспозиции при 15 кэВ составило 300 мс, и было получено 1501 проекций с равномерным угловым распределением в диапазоне 180°.
Проекции подвергали последующей обработке и перераспределяли в скорректированные синограммы. Сгенерировали «стопки» из 2161 16-битных изображений формата Tiff (2560 X 2560 пикселей) с разрешением 0,1625 мкм на пиксель.
Анализ и манипуляции с данными срезов проводили с помощью программного обеспечения Avizo 9.0.0 (https://www.fei.com/software/amira-avizo/) для компьютерной томографии.
Процедура измерений была описана ниже. Для каждого образца анализировали 3 стопки из 500 изображений. После извлечения подобъема стопки изображений подвергали пороговому анализу с использованием автоматической процедуры для специфического выбора материала матрицы и вычисления его объема. Далее оценивали поверхность каждого образца, используя модуль генерации поверхностей программного обеспечения, и получали значения площади поверхности. Вычисляли нормализованную удельную поверхность как отношение объема матрицы к общей поверхности материала (внешней поверхности и пор).
Получали изображения порошков с разными уровнями закрытой пористости (A, F и G из примера 5) вместе с порошком (H) в качестве сравнительного примера, не содержащего поверхностно-активное вещество. Порошок H готовили способом, сходным с описанным в примере 1, за исключением того, что входной раствор содержал 50% воды, 25% сахарозы и 25% мальтодекстрина 21 DE (Roquette), а вместо озона использовали углекислый газ. Порошок H имел закрытую пористость 31% и размер D90 частиц 184 мкм. Изображения показаны на фиг. 6a (A), фиг. 6b (F), фиг. 6c (G) и фиг. 6d (H). Вычисленные нормализованные удельные поверхности (среднее по трем наборам из 500 срезов) были следующими.
Порошок
A
F
G
H
Удельная поверхность (м<sup>-1</sup>)
0,166
0,133
0,074
0,049
Как можно видеть из изображений, пористая структура порошков A и F включает в себя множество мелких пор. Внутренняя поверхность этих пор дает высокое значение удельной поверхности. Нормализованная удельная поверхность образца F меньше, чем у образца А, что согласуется с более низким измеренным значением закрытой пористости. Образец G, в котором газ не применялся, имеет низкую пористость и низкое значение нормализованной удельной поверхности. В случае образца H можно видеть, что хотя он имеет значение закрытой пористости, сходное с образцом F, структура его совершенно другая, с крупными пустотами внутри частиц. Такая структура физически менее прочная, чем множество мелких пор, и если наружные стенки частиц повредятся, пористость не сохранится (или сохранится в небольшой степени). Образец H имеет соответственно более низкое значение нормализованной удельной поверхности.