КАПСУЛЫ, ВЫСВОБОЖДАЮЩИЕ АРОМАТ
AROMA-EXTENDING CAPSULES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к капсулам, содержащим кофейное масло и систему доставки аромата. В частности, настоящее изобретение относится к способам получения таких капсул с кофейным маслом. Кроме того, изобретение относится к пищевым ингредиентам и к пищевым продуктам, содержащим такие капсулы с кофейным маслом.
Уровень техники
Ароматические летучие вещества часто высвобождаются очень быстро при растворении, например, в горячей воде, что приводит к быстрому снижению аромата, воспринимаемого потребителями. Одним из подходов к контролю высвобождения аромата является добавление систем доставки ароматов во время процесса, так чтобы они были встроены в готовый продукт. Система доставки ароматов может состоять из капелек масла, каждая из которых окружена мембраной. Однако увеличивается спрос потребителей на продукты, полностью состоящие из натуральных материалов, например, кофейных зерен.
Таким образом, предпочтительной является усовершенствованная система доставки ароматов, и в частности, более эффективная и/или устойчивая система доставки ароматов, состоящая полностью из натуральных или органических материалов.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к получению капсул, содержащих инкапсулированную композицию, с применением кофейного масла для образования капсул. Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение капсул, содержащих инкапсулированную композицию для применения в качестве системы высвобождения ароматов.
В частности, задачей настоящего изобретения является обеспечение системы высвобождения ароматов, решающей вышеупомянутые проблемы предшествующего уровня техники, с определением существенных компонентов для образования систем высвобождения ароматов.
Таким образом, один аспект настоящего изобретения относится к способу получения капсул, содержащих инкапсулированную композицию, включающему:
(а) обеспечение
- первой водной композиции, содержащей белки и/или пептиды и/или полисахариды и/или полифенолы;
- второй композиции, содержащей кофейное масло;
(b) факультативно, эмульгирование композиции, содержащей кофейное масло, с водной фазой;
(c) смешивание первой композиции и второй композиции при рН ниже 7 с получением эмульсии;
(d) факультативно, концентрирование эмульсии;
(e) повышение рН до 7 или выше;
(f) факультативно, сушку эмульсии; и
(g) получение капсулы, содержащей инкапсулированную композицию.
Другой аспект настоящего изобретения относится к капсулам, содержащим инкапсулированную композицию, полученную посредством способа в соответствии с настоящим изобретением.
В другом аспекте настоящего изобретения обеспечивается капсула, содержащая инкапсулированную композицию, включающая:
- сердцевину композиции, содержащую кофейное масло; и
- мембрану, окружающую сердцевину, при этом мембрана содержит компоненты кофейного масла и белок и/или пептиды и/или полисахариды и/или полифенолы.
Еще один аспект настоящего изобретения относится к обеспечению композиции, содержащей капсулу, включающую инкапсулированную композицию в соответствии с настоящим изобретением.
Другой аспект настоящего изобретения относится к пищевому или непищевому матриксу, содержащему капсулу, включающую инкапсулированную композицию в соответствии с настоящим изобретением.
Еще один аспект относится к продукту питания, содержащему пищевой ингредиент или композицию в соответствии с настоящим изобретением.
Дополнительный аспект относится к применению композиции, содержащей кофейное масло или его производные, для получения капсул, включающих кофейное масло.
Краткое описание фигур
Фигура 1 демонстрирует схематический обзор способа производства.
Фигура 2 демонстрирует температурные профили высвобождения. (А) 2,5% МФ концентрат зеленого кофе (рН 9) в кофейном экстракте. (В) 2,5% МФ концентрат зеленого кофе, промытый 6хУФ (рН 6) в кофе.
Фигура 3 демонстрирует СЭМ микрографии 2,5% УФ зеленого кофе. (А) СЭМ изображение капсул кофейного масла при рН 9. Диаметр около 80 мкм. (В) Крио-СЭМ изображение капсул при рН 7. Диаметр около 50 мкм.
Фигура 4 демонстрирует изображения при микроскопии капсул масла зеленого кофе при рН 7, полученных с несколькими концентрациями экстракта (итоговое значение рН 7). Верхняя линия: После получения. Нижняя линия: в 50% концентрированном кофейном экстракте.
Фигура 5 демонстрирует стабильность капсул с маслом зеленого кофе, полученных с несколькими концентрациями экстракта, при включении в 50% концентрированный кофейный экстракт.
Фигура 6 демонстрирует готовую капсулу с кофейным маслом после процесса лиофилизации в кофейном матриксе.
Фигура 7 демонстрирует изображения при микроскопии капсул масла зеленого, подрумяненного или обжаренного кофе, рН 7-9, полученных с 2,5% концентрацией экстракта, как описано в Примере 1. Изображения взяты после получения и в 50% концентрированном кофейном экстракте (сгущенном кофейном экстракте). MF: микрофильтрация и UF: ультрафильтрация. Показанные капсулы кофейного масла имеют диаметр в диапазоне 50-150 мкм.
Фигура 8 демонстрирует поверхностное натяжение на границе раздела фаз между 2,5% концентратом зеленого кофе при различных значениях рН и триглицеридами со средней цепью (ТСЦ), смешанным с ПАВами из кофейного масла.
Фигура 9 показывает капсулы, полученные из не кофейной водной фазы и ароматизированного кофейного масла.
Фигура 10 показывает капсулы рыбьего жира до и после добавления в обезжиренное молоко.
Настоящее изобретение далее описано более подробно.
Раскрытие изобретения
Как упомянуто выше, изобретение относится к способам получения системы высвобождения ароматов, способной обеспечить контролируемое/отсроченное высвобождение ароматов. Хотя здесь описана систем высвобождения ароматов, необходимо понять, что система может также применяться для инкапсулирования и высвобождения других компонентов. Другими компонентами, которые могут быть инкапсулированы в описанной системе, являются, например, питательные соединения, такие как витамины.
Способ получения капсул, содержащих инкапсулированную композицию
Один аспект настоящего изобретения относится к способу получения капсул, содержащих инкапсулированную композицию, включающему:
(a) обеспечение
- первой водной композиции, содержащей белки и/или пептиды и/или полисахариды и/или полифенолы;
- второй композиции, содержащей кофейное масло;
(b) факультативно, эмульгирование композиции, содержащей кофейное масло, с водной фазой;
(c) смешивание первой композиции и второй композиции при рН ниже 7 с получением эмульсии, предпочтительно, эмульсии масло-в-воде;
(d) факультативно, концентрирование эмульсии;
(e) повышение рН до 7 или выше;
(f) факультативно, сушку эмульсии; и
(g) получение капсулы, содержащей инкапсулированную композицию.
В контексте настоящего изобретения термин «капсула, содержащая инкапсулированную композицию» относится к композиции, защищенной от окружающей среды мембраной. В предпочтительном варианте осуществления мембрана содержит компоненты, полученные из белков, пептидов, полисахаридов и/или полифенолов и кофейного масла. Таким образом, мембрана является деградируемой органической мембраной пищевого качества.
Необходимо понять, что композицию, содержащую кофейное масло, можно также вначале эмульгировать путем смешивания с водной фазой, не содержащей белки, пептиды, полисахариды и/или полифенолы, где образуются капельки, а затем добавить подходящую композицию (включающую белки, пептиды, полисахариды и/или полифенолы) для получения не затвердевшей мембраны, которую можно затем сделать твердой при рН 7,0 или выше. Это иллюстрировано с помощью дополнительного этапа (b).
Различные типы эмульсии могут быть получены посредством способов в соответствии с настоящим изобретением. В предпочтительном варианте осуществления на этапе смешивания (b) получают эмульсию масло-в-воде. Этап смешивания (с) выполняют при рН ниже 7. В предпочтительном варианте осуществления этап (с) выполняют при рН в диапазоне 4,0-6,5, таком как в диапазоне 5,0-6,4, таком как в диапазоне 5,5-6,2.
Этап (е) вводят для дополнительного укрепления/затвердевания образованной мембраны путем повышения рН до 7 или выше. Так, в одном варианте осуществления рН во время этапа (е) повышают до 7 или выше путем смешивания эмульсии с третьей композицией при рН 7 или выше. В другом варианте осуществления третья композиция содержит KOH, NaOH и/или буферные вещества пищевого качества. В другом варианте осуществления третья композиция содержит обезжиренное молоко и/или концентрированный кофейный экстракт. В контексте настоящего изобретения «концентрированный кофейный экстракт» или «сгущенный кофейный экстракт» означает кофейный экстракт с содержанием сухого вещества 5% или больше, таким, как выше 25%, таким, как выше 40%, таким, как в диапазоне 40-70%, или таким, как 50-70%. Далее, рН концентрированного кофейного экстракта обычно выше, чем в кофейных экстрактах с более низким содержанием сухого вещества, поскольку кислые компоненты удаляют во время процесса концентрирования (например, испарения). Таким образом, концентрированный кофейный экстракт может иметь рН в диапазоне 6-12. Преимущество концентрирования состоит в том, что концентрированный кофейный экстракт имеет более низкое содержание кислых соединений, что, как показано, например, в Примере 12, может улучшать образование капсулы. Когда кофейный экстракт применяют на этапе (е) для повышения рН больше 7, необходимо понять, что применяют кофейный экстракт с рН выше 7, такой как с рН в диапазоне 8-12. В разделе «Примеры» приведены примеры, где тестировали обезжиренное молоко и кофейный экстракт.
Содержание сухого вещества в концентрированном кофейном экстракте может варьировать. В одном варианте осуществления концентрированный кофейный экстракт имеет содержание сухого вещества 5% или выше, такое, как выше 25%, такое, как выше 40%, такое, как в диапазоне 40-70%, или такое, как 50-70%.
В одном варианте осуществления кофейный экстракт (например, концентрированный кофейный экстракт) на этапе (е) обеспечивают путем выпаривания или фильтрации части водного кофейного экстракта. В другом варианте осуществления этап концентрирования (d) выполняют за счет силы тяжести, таким способом, как центрифугирование, например, декантацией или центрифугированием.
В другом варианте осуществления эмульсия является монодисперсной.
Для улучшения образования инкапсулированных масел может быть предпочтительным удалить некоторые компоненты из различных композиций. Так, в одном варианте осуществления первая и/или вторая и/или третья композиция по существу свободны или свободны от цитрата и/или уксусных соединений. Так, в одном варианте осуществления содержание сухого вещества цитрата в первой и/или второй композиции и/или третьей композиции находится в диапазоне 0-1 масс. %, таком как в диапазоне 0-0,5%, таком как в диапазоне 0,01-0,5%, или таком как в диапазоне 0,01-0,05%. В другом варианте осуществления комбинированное содержание сухого вещества уксусных соединений в первой и/или второй композиции и/или третьей композиции находится в диапазоне 0-1 масс. %, таком как в диапазоне 0-0,5%, таком как в диапазоне 0,01-0,5%, или таком как в диапазоне 0,01-0,05%. Как показано в Примерах 2 и 11, присутствие цитрата нарушает образование мембраны и таким образом, может быть предпочтительно удалить, например, цитрат из композиций.
В контексте настоящего изобретения термин «содержание сухого вещества» означает массовое содержание твердых веществ в композиции. Таким образом, «сухое вещество» является массой компонентов за исключением воды. Содержание сухого вещества компонентов в композиции описано как процент компонентов относительно общей массы сухого вещества в композиции. Таким образом, в контексте настоящего изобретения содержание сухого вещества компонента может быть описано как 40 масс. %, если 40% от массы сухого вещества представлено определенным компонентом. Необходимо понять, что в контексте настоящего изобретения масло является частью содержания сухого вещества.
Первая композиция, содержащая белки, пептиды, полисахариды и/или полифенолы, может быть получена из различных источников. Таким образом, в первом варианте осуществления первая композиция содержит изолят сывороточного белка (ИСБ), казеинат, желатин, хлорогеновую кислоту, гидролизованные белковые компоненты, полисахариды и/или кофейный экстракт. В другом варианте осуществления кофейный экстракт выбран из группы, состоящей из зеленого кофе, подрумяненного кофе и/или обжаренного кофе. В другом варианте осуществления кофейный экстракт получают путем микрофильтрации и/или ультрафильтрации.
В контексте настоящего изобретения термин «кофейный экстракт» или «водный кофейный экстракт» означает экстракт, полученный из кофейных зерен. Экстракт может быть получен путем фильтрации цельного экстракта кофейных зерен вначале путем микрофильтрации (например, через фильтр 0,2 мкм), а затем путем фильтрации концентрата посредством ультрафильтрации (например, через фильтр 30 кДа). Полученный концентрат обычно имеет содержание сухого вещества (масс. %) в диапазоне 10-40%, который можно затем разбавить или концентрировать до подходящей концентрации.
Можно контролировать прочность мембраны с помощью контроля параметров входящего материала. Так, в одном варианте осуществления водная композиция, содержащая белки, пептиды, полисахариды и/или полифенолы, полученная на этапе (с), имеет массовое содержание сухого вещества в диапазоне 0,1-50%, таком, как в диапазоне 0,1-30%, таком, как в диапазоне 0,1-20%, таком, как в диапазоне 0,3-10%, таком, как в диапазоне 0,3-5%, таком, как в диапазоне 1-5%, таком, как в диапазоне 2-5%, таком, как в диапазоне 2-3%, или таком, как около 2,5%. Как показано в Примере 4, прочность мембраны можно контролировать путем варьирования содержания сухого вещества, например, кофейного экстракта на этапе (с).
В контексте настоящего изобретения «кофейное масло» означает масла, полученные из кофе. В Примере 1 описано, как можно получить кофейное масло. Далее, в Примере 1 показаны типичные компоненты цельного кофейного масла.
Можно улучшить высвобождение аромата из инкапсулированной композиции. Так, в одном варианте осуществления композиция, содержащая кофейное масло, дополнительно содержит ароматические компоненты. Путем загрузки/предварительного смешивания кофейного масла с ароматическими компонентами перед образованием инкапсулированной композиции, содержащей кофейное масло, можно получить усовершенствованное и/или повышенное высвобождение ароматов. Как ранее упоминалось, ароматы могут быть получены из кофейных зерен. Так, в одном варианте осуществления ароматические компоненты включают кофейные ароматы, полученные из кофейных зерен. В другом варианте осуществления кофейные ароматические компоненты получены из зеленого кофе, подрумяненного кофе и/или обжаренного кофе.
Количество кофейного масла в композиции, содержащей кофейное масло, может также влиять на способность к контролю этапа инкапсулирования. Так, в одном варианте осуществления композиция, содержащая кофейное масло, обеспеченная на этапе (с), содержит по меньшей мере 5 масс. % кофейного масла, такое количество, как по меньшей мере 10 масс. %, такое, как по меньше мере 20 масс. %, такое, как по меньше мере 30 масс. %, такое, как по меньше мере 40 масс. %, такое, как по меньше мере 60 масс. %, такое, как по меньше мере 80 масс. %, такое, как по меньше мере 90 масс. % или такое, как 100 масс. %. Как показано в Примере 9, при использовании источника неочищенного кофейного масла по меньшей мере 40% кофейного масла необходимо для начала образования капсул, однако капсулы могут формироваться даже из фракции кофейного масла всего 5% с применением других условий эксперимента. Отмечаем, что образование капсул не начиналось при использовании других типов масла. Таким образом, кофейное масло содержит компоненты, необходимые для образования капсулы.
Можно также идентифицировать фракции кофейного масла, способные инициировать этап инкапсулирования. Таким образом, в одном варианте осуществления кофейное масло является фракцией цельного кофейного масла. В другом варианте осуществления фракция кофейного масла является фракцией масляного осадка. Как показано в Примере 10, фракция осадка кофейного масла также способна инициировать инкапсулирование, в то время как надосадочная фракция была менее эффективной (данные не показаны). Таким образом, компоненты, ответственные за образование капсул, как кажется, преимущественно присутствуют в осадочной фракции.
Осадочная фракция масла может быть получена различными способами. В одном варианте осуществления масляный осадок получают путем центрифугирования неочищенного кофейного масла. В качестве примера, центрифугирование можно осуществлять при 50000 g (g является ускорением силы земного притяжения) в течение двух часов для отделения осадка неочищенного масла от надосадочной жидкости. В еще одном варианте осуществления способ включает разделение масла на надосадочную и осажденную фазу. В другом варианте осуществления композиция, включающая кофейное масло, обеспеченная на этапе (с), содержит по меньшей мере 0,01% осадка кофейного масла, такое количество, как по меньшей мере 0,1% осадка кофейного масла, такое, как по меньшей мере 1 масс. % осадка кофейного масла, такое, как в диапазоне 1-20%, такое, как в диапазоне 1-15%, такое, как в диапазоне 1-10%, такое, как в диапазоне 3-20%, такое, как в диапазоне 5-20%, такое, как в диапазоне 10-20%.
В целом, необходимо понять, что кофейное масло и/или осадок кофейного масла можно предпочтительно применять в способе в соответствии с настоящим изобретением. В одном варианте осуществления кофейное масло получают из группы, состоящей из зеленого кофе, подрумяненного кофе, обжаренного кофе, экстракта зеленого кофе, экстракта подрумяненного кофе и/или экстракта обжаренного кофе.
В конкретном варианте осуществления этап смешивания (с) обеспечивает смесь, имеющую общее содержание сухого вещества по массе из белков и/или пептидов и/или полисахаридов и/или полифенолов в диапазоне 1-10% и кофейного масла в диапазоне 3-60 масс. %, такое, как содержание белков и/или пептидов и/или полисахаридов и/или полифенолов в диапазоне 1-5% в целом, и кофейного масла в диапазоне 10-60%, такое, как содержание белков и/или пептидов и/или полисахаридов и/или полифенолов в диапазоне 1-5% в целом, и кофейного масла в диапазоне 10-50%, или такое, как содержание белков и/или пептидов и/или полисахаридов и/или полифенолов в диапазоне 1-5% в целом, и кофейного масла в диапазоне 30-50%.
В другом конкретном варианте осуществления этап смешивания (с) приводит к смеси, имеющей общее содержание сухого вещества по массе из белков и/или пептидов и/или полисахаридов и/или полифенолов в диапазоне 1-10%, и осадка кофейного масла в диапазоне 0,1-20 масс. %, такое, как содержание белков и/или пептидов и/или полисахаридов и/или полифенолов в диапазоне 1-5% в целом, и осадка кофейного масла в диапазоне 1-20%, такое, как содержание белков и/или пептидов и/или полисахаридов и/или полифенолов в диапазоне 1-5%, и осадка кофейного масла в диапазоне 1-10%, или такое, как содержание белков и/или пептидов и/или полисахаридов и/или полифенолов в диапазоне 1-5%, и осадка кофейного масла в диапазоне 1-5%.
Поверхностно-активные вещества (ПАВы), определенные в настоящей заявке как молекулы или частицы, обладающие аффинностью к границам раздела фаз масло-вода, могут улучшать образование капсул. Таким образом, в одном варианте осуществления кофейное масло обогащено ПАВами. В другом варианте осуществления ПАВы получены из кофе. В другом варианте осуществления ПАВы выбраны из группы, состоящей из белков, полифенолов и/или полисахаридов.
Как упоминалось выше, инкапсулированная композиция может быть получена из кофе. Так, в одном варианте осуществления 0,1-100% от содержания сухого вещества (масс. %) капсул, содержащих инкапсулированную композицию, получено из кофейных зерен, такое количество, как 1-100%, такое, как 5-100%, такое, как 10-100%, такое, как 25-100%, такое, как 50-100% от содержания сухого вещества (масс. %) капсулы кофейного масла получено из кофейных зерен, такое количество, как 70-100%, такое, как 80-100%, такое, как 90-100%, такое, как 95-100%, такое, как 100%. В другом варианте осуществления 40-100% от масла получено из кофе, такое количество, как 70-100%, такое, как 80-100%, такое, как 90-100%, такое, как 95-100%, такое, как 100%. Как упоминалось раньше, капсула полностью может быть получена из кофейных зерен.
Смешивание на этапе (с) можно выполнять с помощью различных средств. Так, в одном варианте осуществления смешивание на этапе (с) проводят в микрожидкостном устройстве, посредством параллелизованного (т.е. содержащего множество геометрических частей, генерирующих эмульсию) микрожидкостного устройства, посредством стационарного мембранного эмульгирующего устройства, посредством ротационного мембранного эмульгирующего устройства, или классической системы смешивания со сдвиговым усилием, или устройства роторно-статорного типа. Название «микрожидкостной чип» подразумевает включение всех устройств, генерирующих капли с характерным размером, контролирующим размер капли (размер пор, диаметр канала), составляющий, например, от 1 микрона до 2 миллиметров.
Обеспеченная инкапсулированная композиция, содержащая кофейное масло, может затем быть высушена. Так, в одном варианте осуществления сушку на этапе (f) выполняют путем лиофилизации, распылительной сушки и/или обычного способа выпаривания воды.
Как также упоминалось для способа из настоящего изобретения, далее ароматические молекулы могут быть загружены в композицию, содержащую кофейное масло, или непосредственно в кофейное масло. Так, в одном варианте осуществления композиция, содержащая кофейное масло, дополнительно содержит ароматические компоненты. В еще одном варианте осуществления ароматические компоненты получены из кофе. В другом варианте осуществления композиция, содержащая кофейное масло, обогащена питательными соединениями. В другом варианте осуществления питательные соединения выбраны из группы, состоящей из полиненасыщенной жирной кислоты, эфирных масел, рыбьего жира, омега-3 жирных кислот, омега-6 жирных кислот, и/или жирорастворимых витаминов. Как также описано для способа в соответствии с настоящим изобретением, все компоненты капсулы могут быть получены из кофейных зерен. Они включают и твердые вещества, и масла.
Капсула, содержащая инкапсулированную композицию в соответствии с настоящим изобретением, имеет некоторые отличительные свойства. Так, один аспект настоящего изобретения относится к капсуле, содержащей инкапсулированную композицию, полученную способом в соответствии с настоящим изобретением. В разделе «Примеры» описаны уникальные характеристики капсул в соответствии с настоящим изобретением.
Капсула, содержащая инкапсулированную композицию
Капсула, содержащая инкапсулированную композицию, полученную способом в соответствии с настоящим изобретением, содержит уникальную оболочку/мембрану, защищающую от раннего высвобождения ароматических компонентов. Оболочка/мембрана содержит компоненты, полученные из первой и второй композиции. Так, один аспект настоящего изобретения относится к капсуле, содержащей инкапсулированную композицию, включающей:
- сердцевину из композиции, содержащей кофейное масло; и
- мембрану, окружающую сердцевину, при этом мембрана содержит компоненты кофейного масла и белок, пептиды и/или полифенолы.
В предпочтительном варианте осуществления мембрана включает по меньшей мере 1% компонентов кофейного масла и по меньшей мере 1% белка, пептидов и/или полифенолов.
Стабильность капсул в соответствии с настоящим изобретением можно также контролировать путем регуляции концентраций исходных материалов. Так, в одном варианте осуществления капсула имеет улучшенную стабильность при механическом перемешивании (например, размешивании) дисперсии тех же самых капсул. В другом варианте осуществления капсула имеет усовершенствованную деформируемость при механически индуцированном стрессе. В другом варианте осуществления капсулы имеют усовершенствованную устойчивость к температуре. Так, в одном варианте осуществления капсулы стабильны при температурах ниже 40°С, таких, как ниже 50°С, таких, как ниже 60°С, таких, как ниже 70°С, таких, как ниже 80°С. В контексте настоящего изобретения выражение «стабильны при температурах ниже определенной температуры» следует понимать как то, что по меньшей мере 50% капсул масла стабильны в течение по меньшей мере 1 минуты при указанной температуре. В Примерах 2, 4 и 5 показано, как стабильность, на которую влияет перемешивание, температура и визуальный анализ, можно контролировать/оптимизировать путем контроля концентрации вводимых материалов.
Одной важной характеристикой капсул в соответствии с настоящим изобретением является то, что их мембрана не растворяется в водных фазах в классическом диапазоне рН кофейных напитков (рН=4,0-8,0). Таким образом, в одном варианте осуществления кофейные капсулы обладают усовершенствованной устойчивостью к рН.
Размер капсулы, содержащей кофейное масло, можно также контролировать. Так, в одном варианте осуществления капсулы в соответствии с настоящим изобретением имеют диаметр в диапазоне от 1 мкм до 1 мм, такой, как в диапазоне 1-500 мкм, такой, как в диапазоне 1-100 мкм, такой, как в диапазоне 1-80 мкм, такой, как в диапазоне 1-50 мкм, такой, как в диапазоне 10-50 мкм, или такой, как в диапазоне 10-20 мкм.
Капсулы кофейного масла в соответствии с настоящим изобретением могут быть включены в другие композиции. Так, один аспект настоящего изобретения относится к композиции, включающей капсулы в соответствии с настоящим изобретением.
Другой аспект в соответствии с настоящим изобретением относится к пищевому ингредиенту, содержащему капсулу в соответствии с настоящим изобретением. В одном варианте осуществления пищевой ингредиент выбран из группы, состоящей из кофейного порошка, лиофилизированного кофейного порошка, напитков, кофейных напитков, воды с вкусовыми добавками, ароматизированных напитков, мороженого, супа и замороженного супа. В контексте настоящего изобретения «пищевой ингредиент» необходимо понимать как относящийся к ингредиентам для питания/корма человека и животных. Таким образом, пищевые ингредиенты в соответствии с настоящим изобретением можно применять для пищи/корма человека и животных.
Другой аспект относится к пищевому продукту, содержащему пищевой ингредиент в соответствии с настоящим изобретением. В одном варианте осуществления пищевой продукт выбран из группы, состоящей из восстановленного кофе, готовых к употреблению напитков, супов, бульонов, корма для животных, замороженных супов и мороженого.
Композиции в соответствии с настоящим изобретением можно также применять вне пищевой промышленности. Так, в одном варианте осуществления композиция является косметическим средством, таким как лосьон для кожи.
В другом аспекте изобретение относится к применению композиции, содержащей кофейное масло или его производные, для получения капсул, содержащих кофейное масло. Как показано в примерах, кофейное масло необходимо для получения капсул в соответствии с настоящим изобретением.
Необходимо отметить, что варианты осуществления и характеристики, описанные в контексте одного из аспектов настоящего изобретения, также применяются к другим аспектам изобретения.
Все патентные и не патентные ссылки, цитированные в настоящей заявке, включены посредством ссылки во всей полноте.
Изобретение далее описано более подробно в следующих не ограничивающих примерах.
Примеры
Пример 1
Получение капсул, содержащих кофейное масло
Капсулы кофейного масла для контролируемого высвобождения аромата можно получить путем применения микрожидкостного устройства. Схематический способ показан на Фигуре 1. Ароматизированное кофейное масло и различные кофейные экстракты (из зеленых, обжаренных или подрумяненных зерен) подают в микрожидкостной чип с получением эмульсии масло-в-воде. Этот этап эмульгирования проводят при рН 6, и мембрана на границе раздела фаз образуется позднее путем поточного добавления кофейного экстракта при рН>7, что приводит к капсуле кофейного масла. Образующуюся капсулу кофейного масла концентрируют и непосредственно добавляют к концентрированному кофейному экстракту (4-25°С). Концентрированный кофейный экстракт, содержащий капсулы кофейного масла, затем замораживают до -40°С, а затем сушат (например, посредством процесса лиофилизации).
В более подробном примере капсулы кофейного масла получают следующим образом.
Материалы и методы
В типичном способе получения быстрорастворимого кофе обжаренные молотые зерна обрабатывают водой при повышенном давлении и температуре для экстракции растворимых материалов, с одновременным извлечением ароматических конденсатов. Отходы остаются в форме суспензии, содержащей нерастворимый истощенный молотый кофе с содержанием влаги 75-80%. Суспензию затем обезвоживают до осадка винтовыми прессами. Полученный элюат можно разделить на неочищенное масло (3% от элюата), водную и твердую фазу посредством центрифугирования. Типичный состав неочищенного кофейного масла обобщен в Таблице 1. Большая часть микроскопических наблюдений, упомянутых в примерах, сделана на дисперсиях капсул, анализируемых на стеклянном слайде для микроскопии.
Кофейные масла, полученные вышеуказанным способом, можно применять в настоящем изобретении.
Капсулы кофейного масла, полученные из зеленого, подрумяненного или обжаренного кофе и его промежуточных продуктов, получали с различными концентрациями раствора кофейного экстракта. Растворы готовили из лиофилизированного кофейного порошка.
Капсулы можно наблюдать с примерно сферической формой на твердом субстрате, например, стеклянном субстрате для микроскопии: масло, содержащееся в капсуле, не приходит в прямой контакт с субстратом, поскольку мембрана капсулы делает это невозможным до существенного подъема температуры.
Концентрация твердого материала в итоговом растворе для получения стабильной капсулы кофейного масла после процесса варьирует в соответствии с используемым материалом.
- УФ концентрат зеленого кофе: 0,3-5%
- МФ концентрат подрумяненного кофе: 0,5-2,5%
- УФ концентрат обжаренного кофе: 2,5%.
Можно получить капсулы с применением 0,1-50% в других условиях эксперимента.
Следующая процедура описывает образование капсул кофейного масла, полученного из экстракта зеленого кофе и кофейного масла при итоговом значении рН 7.
1. Экстракт зеленого кофе фракционировали с мембраной 0,2 мкм. Полученный концентрат фильтровали с мембраной 30 кДа и лиофилизировали.
2. 2,5 г этого порошка зеленого кофе растворяли в 97,5 г воды при комнатной температуре в течение 15 минут. Готовили два раствора: (1) с применением воды при рН примерно 5,0; (2) с применение воды при рН примерно 7,0-8,0.
3. Эмульсию ароматизированного кофейного масла готовили с применением микрожидкостного устройства. Например, готовили эмульсию 5% о/м.
4. Раствор зеленого кофе при рН 7,0 смешивали с эмульсией. Эту смесь делали одновременно с поперечным входящим потоком в выводной трубке микрожидкостного канала.
5. Дисперсию, содержащую капсулу масла, добавляли в концентрированный кофейный экстракт при 4°С.
6. Смесь концентрированного кофейного экстракта/капсул масла замораживали при температуре ниже -50°С.
7. Замороженную смесь концентрированного кофейного экстракта/капсул масла затем сушили путем лиофилизации.
В зависимости от испытания, дисперсию капсул масла концентрировали на линии посредством гравитационных сил непосредственно после этапа 4.
Пример 2
Оптимизация производственного процесса - Испытание на прочность, индуцированное температурой
Методы
Испытания на прочность капсул кофейного масла проводили путем повышения температуры нагревательной ячейки, установленной на микроскопе Leica DMR. Процесс разрыва регистрировали камерой 300F, связанной с микроскопом, с применением серийной последовательной фотосъемки. Изображения получали с объективами 5х или 10х.
Применяли следующий профиль нагревания:
- нагревание до 30°С
- выдерживание при 30°С в течение 1 минуты
- нагревание до 80°С
- выдерживание при 80°С в течение 10 минут
- охлаждение до комнатной температуры.
Капсулы кофейного масла получали в соответствии со способом из Примера 1, и готовый кофе, содержащий капсулы масла, выливали на стеклянный слайд для микроскопии. Образец помещали в блок с нагревательной ячейкой, и применяли температурный профиль, описанный выше, при проведении видео регистрации. При повышении температуры мембраны капсул механические и барьерные свойства сильно снижались. Если капсулы наблюдали в контакте с твердой стенкой, такой как стеклянная пластина (например, слайд для микроскопии), и температуру повышали, отмечался явный разрыв капсул, когда масляная сердцевина приводилась в прямой контакт с водной фазой при разрыве мембраны, в то время как разрушенные частицы мембраны оставались на границе раздела фаз масло-вода. Перед разрывом капсула явно отделена от твердой стенки своей мембраной. После разрыва отмечается прямой контакт между маслом капсулы и стенкой, и между маслом и водной фазой. Снижение механических свойств мембраны при повышении температуры делает капсулу более деформируемой и ломкой, по сравнению с капсулой при комнатной температуре. Точная комбинация температуры-времени для первого разрыва капсулы и для полного разрыва образца зависит от материала, из которого изготовлены капсулы кофейного масла. На Фигуре 2 показаны примеры стабильности капсул:
a) 2,5% МФ концентрат зеленого кофе, рН 9 и кофейное масло: капсулы начинали разрываться примерно при 40°С, как можно видеть по разрыву мембраны капсулы, высвобождающей масло (отличающийся контраст на изображении). При температуре выше 50°С основная часть капсул была уже разорвана. Материал мембраны на границе раздела фаз сам по себе не был очень чувствительным к температуре, поскольку некоторые твердые частицы все еще были видны при 70°С, показывая, что они не растворялись в жидких фазах.
b) 2,5% МФ концентрат зеленого кофе (профильтрованный 6 раз для удаления, например, цитрата), рН 6 и кофейное масло: были получены капсулы двух размеров, имеющие средний диаметр около 80 мкм и 10 мкм. Более крупные капсулы начинали разрываться при 80°С за 1 минуту, и спустя 3 минуты полностью разрывались. С другой стороны, менее крупные капсулы начинали разрываться спустя 3 минуты при 80°С, и спустя 1 минуту все разрывались. Таким образом, менее деформируемые капсулы меньшего размера являются более стабильными.
Заключение
В зависимости от конкретного способа производства, температурный профиль высвобождения можно контролировать или укреплять для высвобождения инкапсулированного кофе + ароматов в необходимом температурном диапазоне. Удаление уксусных соединений повышает устойчивость к нагреванию. Таким образом, одной характеристикой капсул в соответствии с настоящим изобретением является их высокая устойчивость к механическому стрессу, в сочетании с ломкостью.
Пример 3
Оптимизация способа получения - Удаление цитрата
Считается, что цитратный буфер может отрицательно влиять на образование и стабильность капсул кофейного масла, как также описано в Примере 2. Таким образом, водный кофейный материал подвергали этапу фильтрации для удаления цитрата, присутствующего в порошке. См. также пример 12.
Цитрат удаляли из кофейного концентрата в соответствии со следующей процедурой:
1) Фильтрующий блок собирали с мембранным фильтром 0,2 мкм (для микрофильтрации) или с размером пор 30 кДа (для ультрафильтрации) (Фигура 4).
2) Добавляли 250 г 2,5% раствора кофейного концентрата при рН 7.
3) Концентрат фильтровали до 6 раз. Каждый раз объем образца снижали от 250 мл до 80 мл (путем измерения объема пермеата), затем вновь восполняли до 250 мл водой. Прилагали давление около 6 бар.
- Мембранный фильтр Tuffryn НТ-200 0,2 мкм; Pall Life Science, Кат. № Т81660
- Мембранный фильтр Omega 30 кДа 76 мм, Pall Life Science, Кат. №87900 А
Результаты
При использовании водной композиции, содержащей кофе без цитрата, можно получить инкапсулированное масло при значении рН всего 6. Эти капсулы кофейного масла также имели более высокий механический модуль и не блокировали микрожидкостной переход, где приводились в контакт масло и водная фаза. Таким образом, можно получить инкапсулированное масло без изменения рН, как описано в Примере 1. Далее, как описано в Примере 2, при удалении цитрата могут быть получены продукты, более устойчивые к нагреванию.
Пример 4
Оптимизация способа получения - Визуальная проверка
На Фигуре 3 показаны капсулы кофейного масла, полученные вышеуказанным способом с применением 2,5% зеленого кофе. На Фигуре 4 показан пример капсул кофейного масла, полученных после этапов 4 и 5 способа. При рН 7 капсулы масла образуются даже в 0,1% концентрате зеленого кофе, но они разрываются очень быстро. После получения наблюдалось некоторое масло на поверхности из инкапсулированного масла, изготовленного с <0,5% или ≥5% кофейным концентратом. Кроме того, эти капсулы масла, как кажется, имели менее шероховатую поверхность. Таким образом, предпочтительной является концентрация в диапазоне 0,5-5%.
Пример 5
Оптимизация способа получения - тест перемешивания.
Эффект перемешивания во время этапа включения (этап 5 в примере 4) оценивали путем добавления дисперсии, содержащей инкапсулированное масло (поток 0,2 г/мин) в 5 мл концентрированного кофейного экстракта (стеклянный стакан диаметром 2,4 см). Перемешивание проводили с различной скоростью вращения (300-900 об./мин) с магнитной мешалкой длиной 1,4 см. На Фигуре 5 показано, что инкапсулированное масло, приготовленное с 2,5% УФ экстрактом зеленого кофе, было наиболее стойким, за ним следовали капсулы кофейного масла, приготовленные с 1,5% экстрактом. Повышение концентрации кофейного экстракта сверх 2,5% приводило к капсулам, менее устойчивым к механическому стрессу при формировании. На Фигуре 4 показана микроструктура интактных капсул после добавления к концентрированному кофейному экстракту.
Пример 6
Оптимизация способа получения - процесс сушки
На Фигуре 6 показан пример инкапсулированного масла, полученного после этапа 7 в примере 1 (лиофилизации). Лиофилизированный кофейный порошок, содержащий капсулы кофейного масла, растворяли на слайде для микроскопии в воде при комнатной температуре, а затем рассматривали с помощью оптического микроскопа. На Фигуре 6 показано, что некоторые капсулы кофейного масла оставались интактными после процесса лиофилизации.
Пример 7
Получение капсул масла из зеленого, подрумяненного и обжаренного кофе - эффект рН
На Фигуре 7 показаны изображения, полученные при микроскопии капсул кофейного масла, произведенных из зеленого, подрумяненного или обжаренного кофе при рН 7-9, после производственных этапов 4 и 5, как описано в примере 1. Концентрацию экстрактов в образцах фиксировали на 2,5 масс. %. Стабильность капсул непосредственно после обработки также зависела от итогового значения рН дисперсии.
Результаты и выводы
- Зеленый кофе (рН 7-9): Чем выше рН, тем выше была стабильность капсул. Для УФ образцов микроструктура при рН 9 показывала, что эти капсулы являются более прочными/ломкими и менее деформируемыми, т.е. более стойкими к механическому стрессу без разрушения.
- Подрумяненный и обжаренный кофе (рН 7-9): капсулы кофейного масла при рН 7 были более стабильными с более высокой механической устойчивостью.
Слабые капсулы ломались сразу после получения (явный разрыв наблюдался на твердой стенке или сразу при контакте с воздухом). Можно повысить механическую стабильность вновь произведенных капсул путем продления времени контакта между формирующей мембраной, кофейным маслом и кофейным экстрактом, до любого другого этапа (например, контакта с любым иным материалом, чем кофейный экстракт; сушки, концентрирования, и т.д.).
Пример 8
Получение капсул масла подрумяненного и обжаренного кофе - эффект концентрации
Наилучший диапазон концентрации для образующихся капсул кофейного масла из обжаренного и подрумяненного кофе оценивали при рН 7, поскольку при этом значении рН получали большинство капсул с 2,5% кофейным экстрактом. Микрожидкостной чип применяли для генерации капсул.
Результаты и заключение
Промежуточный экстракт подрумяненного кофе (МФ): Капсулы кофейного масла могут формироваться с 2,5% кофейным экстрактом. Однако после получения наблюдалась утечка масла на поверхности капсул.
Итоговый экстракт подрумяненного кофе (УФ): при концентрации 0,3% не формировались капсулы. При 0,5% капсулы были настолько ломкими, что спустя 15 минут в стакане отмечалась утечка масла на поверхности капсул. При 5% утечка масла наблюдалась немедленно после получения. Капсулы, образованные с 2,5% экстрактом, были наиболее стабильными и могли быть даже включены в 50% концентрированный кофейный экстракт (Фигура 7).
Промежуточный экстракт обжаренного кофе (МФ): при 0,3% не формировались капсулы. При 0,5% инкапсулированное масло было монодисперсным, но наблюдалась часть масла на поверхности, и спустя 10 минут в стакане разрывались почти все капсулы. В то же время при 2,5% капсулы были достаточно стабильными для включения в 50% концентрированный кофейный экстракт после некоторого времени выдерживания.
Готовый экстракт обжаренного кофе (УФ): При 0,5% не формировались капсулы. При 2,5% при сборе капсул непосредственно из удерживающей трубки: формировались слабые капсулы, не выдерживающие условий осторожного перемешивания без разрушения.
Заключение
В целом композиция, содержащая кофейный экстракт, должна предпочтительно иметь массовое содержание сухого вещества кофейного экстракта в диапазоне 0,5-5% во время процесса, такое, как 1-4%, такое, как 1-3%, такое, как 2-4%, или предпочтительно около 2,5%.
Пример 9
Требования к кофейному маслу для формирования мембраны
Визуальный анализ формирования или отсутствия мембраны на границе раздела фаз применяли в качестве способа идентификации типа масла, которое можно использовать для формирования капсул кофейного масла. Для этого готовили каплю различных типов масла с применение шприца в водной фазе концентрата зеленого кофе.
Было сделано первое наблюдение, что триглицериды со средней цепью (ТСЦ) или подсолнечное масло не образуют мембраны на границе раздела фаз, в то время как кофейное масло явно формировало ее. Важным наблюдением было то, что мембрана на границе раздела фаз формировалась со смесями кофейного масла и ТСЦ или подсолнечного масла. В Таблице 2 показано, что необходимо по меньшей мере 40% кофейного масла, смешанного с ТСЦ, для получения мембраны на границе раздела фаз с применением специфических параметров эксперимента.
Пример 10
Фракционирование кофейного масла
Визуальный анализ показал, что смешивание кофейного масла с ТСЦ или другими маслами также приводит к формированию мембраны, в то время как ТСЦ по отдельности не формирует эту мембрану (см. пример 9). Центрифугирование кофейного масла проводили для генерации двух различных фракций кофейного масла. Таким образом, можно оценить, какая фракция масла богата соединениями, ответственными за формирование мембраны.
Осадки или надосадочную жидкость от кофейного масла, полученные при центрифугировании, добавляли в различных количествах к ТСЦ. Натяжение на границе раздела воды/масла этих смесей затем измеряли в зависимости от времени, как описано на Фигуре 8.
На Фигуре 8А показано, что значение рН водной фазы не снижает натяжение на границе раздела фаз, когда оценивают ТСЦ, в отличие от того, что наблюдалось с чистым кофейным маслом. Однако добавление малого количества осадка масла к ТСЦ делает это натяжение на границе раздела фаз вода/масло восприимчивым к вариациям рН (Фигуры 8В и 8С). До 5% осадков масла значение натяжения на границе раздела фаз при рН 6 не меняется, по сравнению с чистыми ТСЦ (Фигура 8В). Однако при рН 9 значение натяжения на границе раздела фаз снижается с повышением содержания осадка масла в ТСЦ. Добавление 10% осадков кофейного масла в ТСЦ вызывает тот же самый ответ на границе раздела фаз, как и для чистого кофейного масла, при обоих значениях рН 6 и 9 (Фигура 8С).
Фракция кофейного масла более низкой плотности также содержит некоторое количество поверхностно-активных молекул, но в меньшей концентрации, чем осадок масла. Добавление некоторого количества фракции масла меньшей плотности (например, 1%-5%) к ТСЦ оказывает меньшее влияние на значение натяжения на границе раздела фаз, чем то же самое количество осадка, добавленное к ТСЦ (Фигура 8D). Следовательно, реактивные ПАВы кофейного масла концентрированы в осадках кофейного масла.
Пример 11
Влияние цитрата на формирование капсул
Как также описано в примерах 2 и 3, цитрат влияет на формирование капсул. При анализе влияния цитрата на образование мембраны (Таблица 4) гипотеза о том, что цитрат конкурирует с ПАВами, кажется уместной.
Если каплю масла ввести в раствор концентрата кофе, содержащий 0,1 М цитрат натрия при рН 7, то мембрана не образуется. Если это сделать при рН 9, то образуется лишь очень тонкая и слабая мембрана. Прежде без цитрата формировалась мембрана при обоих значениях рН, являясь более прочной при щелочном значении рН. При рН 9 без цитрата реакция формирования мембраны была очень быстрой (мгновенной), в то время как при рН 7 формирование было более медленным.
Кофейный концентрат сам по себе содержит по меньшей мере 0,8% лимонной кислоты. Таким образом, водную фазу фильтровали шесть раз в лаборатории, с добавлением воды в промежутках, для снижения содержания цитрата почти до 0,0001% в итоговом концентрате. Этот новый концентрат тестировали на формирование капсул. Результаты показали, что капсулы не только были более эластичными (при микроскопической оценке), но также формировались при более низком значении рН (минимум рН 6), что было невозможно при использовании кофейного концентрата, содержащего цитрат (см. также пример 3).
Пример 12
Способ получения инкапсулированного масла - требования к водной фазе
Для проверки требований для получения инкапсулированного масла в эмульсии масло-в-воде тестировали различные водные композиции.
Материалы и методы
Концентрации ингредиентов и рН эмульсий перечислены ниже.
- Казеинат натрия: 1% белок при рН 7-9
- Денатурированный изолят сывороточного белка (ИСБ): 2,5% при рН 7-9
- Хлорогеновая кислота: 1% полифенол при рН 9
- Аравийская камедь: 2% полисахарида при рН 7
- Арабиногалактан-белок: 0,5-2% молекулы полисахарид-белок при рН 7-9
- Водный кофейный экстракт
Использовали способ, описанный в примере 1.
Результаты
Результаты для казеината натрия, изолята сывороточного бежа (ИСБ) и хлорогеновой кислоты показаны на фигуре 9. Пример водного экстракта кофе показан на фигуре 7. Таким образом, на фигуре 9 можно видеть, что инкапсулированное масло можно получить с белками или полифенолами в непрерывной (водной) фазе. Подобные результаты были получены с применением смесей полисахаридов и белков.
Пример 13
Получение инкапсулированного рыбьего жира
Следующая процедура описывает формирование капсул рыбьего жира.
1. Смешивают 2,5 г порошка изолята сывороточного белка (ИСБ) с 97,5 г воды при комнатной температуре.
2. Денатурируют белок путем нагревания раствора при рН 5,8-7,2 при 80°С в течение 30 минут.
3. Центрифугируют неочищенное кофейное масло при 50000 g в течение 2 часов, и отделяют гелевую фазу (фазу на дне).
4. Смешивают рыбий жир с гелевой фазой до получения 10% геля в масле, и перемешивают в течение 20 минут до полной дисперсии геля.
5. Готовят эмульсию из смеси рыбьего жира и воды с применением микрожидкостного устройства. Для непрерывной фазы можно применять раствор денатурированного ИСБ с рН 6,2. Например, можно получить эмульсию 5% о/м.
6. Добавляют дисперсию, содержащую капсулы, в обезжиренное молоко при комнатной температуре.
Непосредственно перед этапом 6 дисперсию капсул можно концентрировать в потоке за счет сил гравитации.
На Фигуре 10 показаны образованные капсулы до и после добавления обезжиренного молока.
В качестве части дисперсной фазы можно применять различные масла. Однако при специфических параметрах эксперимента необходимо смешать их по меньшей мере с 1% неочищенного гелевого осадка кофейного масла, как описано в Примере 10.