СМЕСЬ РАСТВОРИМОГО НАПИТКА
SOLUBLE BEVERAGE MASS

Данное изобретение относится к смесям (массам) растворимых напитков и к способам их получения. В частности, описание относится к смесям (массам) растворимых напитков для получения напитков, таких как растворимый кофе или горячий шоколад.
Рынок для потребителей, желающих готовить дома напитки, воспроизводящие напитки, имеющиеся в кафе и ресторанах, в значительной степени развит. Хотя ряд способов получения этих напитков требует применения устройств для приготовления напитка, таких как системы, использующие картриджи или гранулы, потребителям удобнее пользоваться быстрорастворимыми или растворимыми ингредиентами для приготовления напитков, например гранулами сублимированного кофе.
Хотя ингредиенты, такие как гранулы растворимого кофе, имеют ряд преимуществ, например, позволяют тонко регулировать крепость напитка, они также предоставляют возможность для значительного варьирования качества готового напитка. Для решения этой проблемы предложена разработка ингредиентов растворимых напитков в форме таблетки. Благодаря этому каждый полученный напиток является идентичным и имеет высокое качество, предполагаемое изготовителем ингредиентов напитка.
Тем не менее разработка ингредиентов в форме таблетки пока не оптимизирована. В частности, обычно существуют проблемы, связанные с растворением ингредиентов; наличие мутного нерастворенного остатка на дне напитка непривлекательно для потребителей. Таблетки обычно формуют с использованием порошкообразного ингредиента, поскольку это позволяет избежать проблем с сушкой и обеспечивает простоту формования. Для формирования таблетки, например из кофе, обычно необходимо или обеспечить его значительное уплотнение, или применить связующее вещество, чтобы удерживать порошок растворимого кофе в одной таблетке. Тем не менее сильное уплотнение может воспрепятствовать растворению таблетки, а присутствие связующего вещества может вызвать аналогичные проблемы или повлиять на вкус готового напитка.
Таблетки, приготовленные с малым уплотнением и/или без применения подходящего связующего вещества, могут быть подвержены дополнительному риску повреждения или рассыпания таблетки. Это особенно относится к таблеткам с острыми краями. Вероятность растрескивания, приводящего к потере исходной формы, для них повышена. Если потребитель открывает тубу с таблетками и обнаруживает, что они отколоты или разрушены, его впечатление об их качестве значительно снижается.
В документе WO 2013001052 сделана попытка решения этих проблем путем увлажнения внешней поверхности с образованием толстой защитной оболочки.
В US 3293041 описан способ изготовления легкорастворимых самоподдерживающихся таблеток. Эти таблетки представляют собой небольшие гранулы растворимого кофе или чая массой 1 г. Их получают путем прессования в зоне горячей обработки гранулятора. Формирование гранул происходит быстро (2-3 секунды) при использовании высоких температур (от 118 до 150°С) и низких давлений (от 13 кПа до 28 кПа), и готовый продукт полностью растворяется в течение 2-6 секунд. В результате этого способа изготовления гранулы имеют низкую плотность и внешнюю защитную корку. Один из вариантов осуществления этого способа основан на применении роторного формования, которое неизбежно приводит в результате к кратковременному интенсивному применению нагревания и давления для формования гранулы. Основной вариант осуществления этого способа данного документа, в котором используют цилиндрическую полость, также основан на кратковременных периодах обработки, благодаря чему можно достичь достаточно высокой производительности.
Кроме того, существует предубеждение среди потребителей, считающих, что качество растворимых кофейных продуктов, особенно кофе, высушенного распылением ниже, чем качество кофе, приготовленного в кафе или приготовленного в устройствах для приготовления напитков. Таким образом, по всем этим причинам применение таблеток в качестве формы поставки ингредиентов для напитков непопулярно среди потребителей.
Соответственно, желательно разработать новую форму ингредиентов для напитков и способ их приготовления и/или попытаться решить по меньшей мере некоторые из проблем, связанных с предшествующим уровнем техники, или по меньшей мере разработать его коммерчески полезную альтернативу.
Соответственно, в первом аспекте в настоящем описании предложен способ получения смеси растворимого напитка, включающий:
подготовку одного или более ингредиентов растворимого напитка в порошкообразной форме,
подготовку предварительно нагретой формы, имеющей оформляющую полость,
загрузку одного или более ингредиентов растворимого напитка в оформляющую полость и
уплотнение одного или более ингредиентов растворимого напитка в оформляющей полости с образованием смеси растворимого напитка,
причем
(i) способ дополнительно включает приложение высокочастотного (ВЧ) излучения для нагревания ингредиентов растворимого напитка в оформляющей полости; и/или
(ii) один или более ингредиентов растворимого напитка удерживаются внутри оформляющей полости в течение по меньшей мере 15 секунд; и/или
(ii) один или более ингредиентов растворимого напитка в порошкообразной форме предварительно подогревают перед загрузкой в оформляющую полость.
Настоящее изобретение описано ниже. В следующих разделах более подробно описываются различные аспекты изобретения. Каждый описываемый аспект можно объединить с любым другим аспектом или аспектами, если явно не указано обратное. В частности, любой элемент, указанный как предпочтительный или преимущественный, может быть объединен с любым другим элементом или элементами, указанными как предпочтительные или преимущественные.
Авторы настоящего изобретения нашли новый подход к получению смесей растворимых напитков с помощью дискретных масс ингредиентов, подходящих для формирования напитков. Под термином «смесь растворимого напитка» подразумевают дискретную массу, сформированную из ингредиентов, которые сами по себе являются полностью растворимыми в среде напитка и которые служат для придания указанной среде вкуса и консистенции желаемого напитка. Следует понимать, что в термин «смесь растворимого напитка» следует включать, например, таблетки, лепешки и шарики, имеющие конкретно определенные форму и размер. В этот термин не следует включать, например, сыпучие порошки ингредиентов напитка, такие как порошки сублимированного кофе или порошкового молока. Очевидно, что смесь растворимого напитка находится по существу в сухой, еще не растворенной форме, подходящей для растворения. Предпочтительно смеси представлены в запечатанных воздухо- и влагонепроницаемых контейнерах.
Также следует понимать, что смесь растворимого напитка может содержать небольшое количество нерастворимого материала. Например, можно включать тонко размолотый обжаренный кофе для обеспечения уникального ощущения во рту и вкуса готового напитка. Предпочтительно во избежание образования осадка или других проблем смесь содержит менее 30% вес., более предпочтительно менее 20% вес., более предпочтительно менее 10% вес. нерастворимых материалов. В некоторых вариантах осуществления, например напитков в виде горячего шоколада, может быть предпочтительно, чтобы нерастворимый материал по существу отсутствовал, чтобы обеспечить ощущение мягкости во рту.
Несмотря на то что данное описание предложено в основном в отношении кофейных напитков, следует понимать, что способ и его преимущества в равной степени применимы к другим подходящим ингредиентам напитков, обсуждаемым в настоящем документе.
Цель авторов настоящего изобретения состояла в разработке высококачественного продукта для приготовления напитков, в частности продукта для приготовления кофе, обладающего всеми удобствами использования растворимых продуктов и при этом позволяющего избежать различных недостатков таких продуктов и предубеждений против них. Конкретно цель авторов изобретения состояла в разработке ингредиента напитка, обеспечивающего унифицированный готовый напиток, для которого не требуется дозировочное устройство и который легко хранить, перевозить и применять.
Уже известно, что таблетки позволяют решить некоторые из этих задач, но ни разу не удалось получить таблетку, которая была бы достаточно приемлема для потребителей, чтобы привлечь потребителей, которые обычно предпочитают свежеприготовленные напитки из обжаренного молотого кофе.
Считается, что в приготовлении готового напитка из обжаренного молотого кофе и связанной с ним подготовке заключается некоторая степень церемонии. Потребитель таких напитков связывает свои действия при его приготовлении с полезными свойствами готового напитка. Напитки из растворимого кофе, напротив, готовятся мгновенно при добавлении горячей воды. Теперь авторы настоящего изобретения обнаружили, что мгновенная природа видов растворимого кофе может вносить вклад в предубеждения против таких продуктов. Соответственно, авторы изобретения, конечно, желая избежать образования остатков и отложений внутри готового напитка, поняли, что желательно некоторое регулирование времени растворения.
Соответственно, считают идеальным, если приготовление напитка после добавления к ингредиентам горячей водной среды занимает по меньшей мере 10 секунд и не более 100 секунд, предпочтительно не более 60 секунд. Предпочтительно приготовление напитка занимает от 20 до 40 секунд, чтобы произошло полное растворение при мягком перемешивании среды, объединенной с ингредиентами.
Авторы настоящего изобретения подвергли анализу таблетки, полученные на предшествующем уровне техники, и обнаружили, что таблетки, сформированные с помощью традиционных методов нагревания, обладают значительно отличающейся внутренней структурой по сравнению со смесями настоящего описания. В частности, таблетки высокой степени уплотнения имеют однородную, но хрупкую и несплавленную внутреннюю структуру. Обычно они обладают очень низкой скоростью растворения. Таблетки, основанные на добавленных связующих веществах, склонны иметь избыточную массу, и какой-либо остаток связующего вещества может повлиять на вкус готового напитка.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что способы настоящего описания обеспечивают достаточно прочную смесь, обладающую надлежащей когезионной способностью. Благодаря этому смесь является достаточно прочной для изготовления (транспортировки по конвейерной ленте), перевозки и хранения, при этом обеспечивая надлежащую скорость растворения.
Способ настоящего описания включает ряд стадий. На первой стадии подготавливают один или более ингредиентов растворимого напитка в порошкообразной форме. Под порошкообразной формой подразумевают форму, включающую тонкоизмельченный сухой материал в виде частиц и гранул, например частицы, высушенные распылительной сушкой, сублимированные частицы и их агломераты. Как правило, материал в виде частиц имеет размер частицы менее 3 мм, более предпочтительно от 2,5 мм до 10 микрон, более предпочтительно от 1 мм до 300 микрон и более предпочтительно от приблизительно 500 до приблизительно 700 микрон. Такие частицы хорошо известны в данной области техники. Примеры подходящих материалов обсуждаются ниже более подробно. Неожиданно было обнаружено, что посредством способа, описываемого в данном документе, свойства растворения смесей отражают свойства исходного материала, поскольку структура исходного порошка не претерпевает значительного изменения. Применение порошкообразной формы ингредиентов способствует простому и воспроизводимому заполнению оформляющей полости.
Устройство, выполненное с возможностью осуществления настоящего способа, также имеет большое значение. Устройство содержит форму, имеющую оформляющую полость. Эта форма подогревается таким образом, что контактная поверхность оформляющей полости, которая при применении контактирует с ингредиентами растворимого напитка, находится при повышенной температуре. Один или более ингредиентов растворимого напитка загружают в оформляющую полость таким образом, что они контактируют с подогретой контактной поверхностью при повышенной температуре. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что благодаря этому получают более упругую смесь растворимого напитка, чем смесь, полученная при отсутствии подогревания формы. Таким образом, использование подогретой формы позволяет получить смесь, более стойкую к разрушению при перевозке и обращении с ней после обработки.
Форма может быть обеспечена облицовкой, чтобы способствовать извлечению смесей растворимых напитков после формования. Предпочтительно каждый из компонентов формы, крышки и любой облицовки формы сформирован из диэлектрического материала. Преимущество диэлектрического материала связано с тем, что он может легко предварительно нагреваться и/или нагреваться ВЧ-излучением. Это означаем что поверхности оформляющей полости можно нагревать единственным источником ВЧ-нагрева, что упрощает способ получения. Подходящие диэлектрические материалы включают поливинилиденфторид (ПВДФ) или полимер, такой как силикон, содержащий частицы углеродной сажи.
Ингредиенты растворимого напитка загружают в подогретую форму. После этого, как правило, устанавливают крышку или запорный элемент, которые можно использовать для применения уплотнения к ингредиентам. Предпочтительно крышку или запорный элемент подогревают до такой же температуры, как и оформляющую полость.
Стадия уплотнения служит для уплотнения одного или более ингредиентов растворимого напитка в оформляющей полости с образованием смеси растворимого напитка. Стадия уплотнения способствует сплавлению ингредиентов вместе.
Авторы изобретения обнаружили, что можно получить усовершенствованный продукт, обладающий желаемыми свойствами растворения, обсуждаемыми выше, благодаря наличию во всем объеме смеси когезионной внутренней структуры, которая позволяет получить прочный, при этом легко растворяющийся продукт. Авторы изобретения обнаружили, что этого можно достигнуть путем обеспечения унифицированного нагревания, которое проходит через весь объем смеси, что может быть достигнуто посредством одного из нескольких подходов.
ВЧ-нагрев
Во-первых, способ может дополнительно включать применение ВЧ-излучения для нагревания ингредиентов растворимого напитка в оформляющей полости. Применение ВЧ-нагрева проникает в весь объем смеси порошка растворимого напитка и обеспечивает особенно однородную внутреннюю структуру. Эта методика нагревания является быстрой и подходит для применения ко всем ингредиентам напитка; она может повысить температуру всей смеси напитка.
В данном аспекте сразу после загрузки ингредиентов растворимого напитка в оформляющую полость прилагают высокую частоту (ВЧ) для нагревания ингредиентов растворимого напитка в оформляющей полости. Обнаружено, что применение ВЧ-нагрева обеспечивает равномерное нагревание всего объема ингредиентов. Это способствует сплавлению ингредиентов, не вызывая образования комков, и при этом обеспечивает легкую однородную структуру, которая легко растворяется. Сразу же после нагрева ингредиентов растворимого напитка в оформляющей полости их подвергают уплотнению внутри оформляющей полости с образованием смеси растворимого напитка. Уплотнение способствует сплавлению нагретых ингредиентов вместе.
Способы ВЧ-нагрева хорошо известны. ВЧ-нагрев, также известный как диэлектрический нагрев, представляет собой способ, в котором диэлектрический материал нагревается переменным электрическим полем высокой частоты, либо радиоволнами, либо микроволновым излучением. При высоких частотах этот нагрев вызван молекулярным дипольным вращением внутри диэлектрика. ВЧ-нагрев, описываемый в данном документе, охватывает микроволновой нагрев (вплоть до приблизительно 2,5 ГГц) и обычно может происходить при частоте от 10 до 100 МГц, более предпочтительно от 10 до 45 МГц и наиболее предпочтительно от 25 до 30 МГц. Наиболее предпочтительны частоты 13,56; 27,12 и 40,68 МГц.
Предпочтительно способ дополнительно включает стадию уплотнения одного или более ингредиентов растворимого напитка в оформляющей полости перед стадией приложения ВЧ-излучения для нагревания одного или более ингредиентов растворимого напитка в оформляющей полости. Таким образом, ингредиенты загружают в форму на подогретую контактную поверхность формы, подвергают уплотнению, нагреву ВЧ-излучением, а затем снова уплотнению. Начальная стадия уплотнения служит для равномерного распределения материала, загруженного в оформляющую полость.
Предпочтительно каждый из различных компонентов формы, крышки и любой облицовки формы сформирован из диэлектрического материала. Преимущество диэлектрического материала связано с тем, что он может легко нагреваться ВЧ-излучением. Это означает, что поверхности оформляющей полости можно нагревать единственным источником ВЧ-нагрева, что упрощает способ получения. В то же время применение диэлектрических материалов позволяет обеспечить предварительный нагрев и поддерживает стенки формы при температуре, превышающей температуру, достигаемую в центре формы. Подходящие диэлектрические материалы включают поливинилиденфторид (ПВДФ) или полимер, такой как силикон, содержащий частицы углеродной сажи.
Предпочтительно на стадии приложения ВЧ-нагрева для нагревания одного или более ингредиентов растворимого напитка один или более ингредиентов растворимого напитка нагревают при температуре, близкой к их температуре стеклования (Тg). Ингредиенты не должны нагреваться выше их температуры плавления, поскольку это привело бы к получению нерастворимого продукта очень высокой плотности. Предпочтительно один или более ингредиентов растворимого напитка нагревают до температуры ниже температуры стеклования (Тg) на значение в пределах 10°С, более предпочтительно в пределах 5°С. Это обеспечивает достаточную температуру для сплавления частиц вместе, при этом без излишнего нагревания ингредиентов, которое вызвало бы их разложение или порчу вкуса готового напитка.
Тg представляет собой температуру обратимого перехода в аморфных материалах (или в аморфных областях внутри полукристаллических материалов) из жесткого и относительно хрупкого состояния в расплавленное или высокоэластичное состояние. Эта температура отличается от температуры плавления материала и служит для придания материалу клейкости. Тg в высокой степени зависит от содержания влаги и хорошо известна в данной области техники. За счет нагревания порошков до температуры, близкой к Тg, можно достичь их связывания вместе. Следует отметить, что определенные материалы не имеют Тg, например сахар, который является кристаллическим. Предпочтительно ингредиенты растворимого напитка, описанные в настоящем документе, нагревают до температуры, соответствующей по меньшей мере Тg основного ингредиента в смеси, либо перед получением смеси можно выбрать ингредиенты, имеющие подобные значения Тg. Под основным ингредиентом подразумевают ингредиент, присутствующий в смеси в наибольшем количестве по массе. Согласно общему эмпирическому правилу существует тенденция, что значения Тg составляют приблизительно 2/3 от температуры плавления материала.
Предпочтительно на стадии приложения ВЧ-излучения для нагревания одного или более ингредиентов растворимого напитка ВЧ-нагрев прилагают при частоте 27,12 МГц и/или в течение периода от 10 секунд до 1 минуты, предпочтительно в течение периода от 20 до 30 секунд. Применение ВЧ-нагрева позволяет значительно сократить время нагревания по сравнению с традиционными системами электрообогрева.
Предпочтительно опционная стадия уплотнения одного или более ингредиентов растворимого напитка перед стадией приложения ВЧ для нагревания одного или более ингредиентов растворимого напитка позволяет уменьшить объем ингредиентов растворимого напитка до 60-90%, предпочтительно до 70-90% их объема после предварительного нагрева. Таким образом, объем конечной смеси напитка должен составлять по меньшей мере 60% и максимум 90% от начального объема неуплотненных ингредиентов растворимого напитка, загруженных в оформляющую полость. Обнаружено, что данная степень уплотнения обеспечивает более равномерную форму готового продукта.
Предпочтительно стадия уплотнения одного или более ингредиентов растворимого напитка после стадии приложения ВЧ для нагревания одного или более ингредиентов растворимого напитка позволяет уменьшить объем ингредиентов растворимого напитка до 20-80% их объема после предварительного нагрева. Таким образом, объем конечной смеси напитка должен составлять по меньшей мере 20% и максимум 80% от начального объема неуплотненных ингредиентов растворимого напитка, загруженных в оформляющую полость. Обнаружено, что данная степень уплотнения обеспечивает унифицированный продукт с подходящим временем растворения. Предпочтительно уплотнение составляет от 35 до 55%.
Время горячей обработки
Во-вторых, один или более ингредиентов растворимого напитка можно выдерживать внутри подогретой оформляющей полости в течение по меньшей мере 15 секунд. Это относительно длительное время обработки для такой массовой продукции обеспечивает проникновение теплоты формы в структуру смеси и приводит в результате к образованию когезивного готового продукта.
Предпочтительно один или более ингредиентов растворимого напитка удерживаются внутри оформляющей полости в течение по меньшей мере 15 секунд. Более предпочтительно ингредиенты растворимого напитка держат внутри формы в течение от 15 до 120 секунд, более предпочтительно от 30 до 100 секунд и более предпочтительно от 40 до 80 секунд. Не желая быть связанными теорией, считают, что данный период времени позволяет теплоте от предварительно нагретой формы проникнуть в весь объем смеси и приводит к более унифицированной внутренней структуре. Считают, что более короткий период времени, в частности для смесей большего объема, не позволяет получить готовый продукт с подходящей прочностью, поскольку он по существу сохраняет пористую структуру и свойства растворения исходного порошка. В то же время при слишком длительном периоде времени, например более 120 секунд, порошок может полностью агломерировать с образованием твердой или стеклообразной массы.
Предварительный подогрев ингредиентов
В-третьих, один или более ингредиентов растворимого напитка в порошкообразной форме можно предварительно подогревать перед загрузкой в оформляющую полость. За счет этого достигается унифицированная внутренняя структура во всем объеме полученной в результате смеси напитка. Кроме того, в условиях уплотнения температура за счет этого является достаточной, чтобы вызвать связывание порошка в прочную и когезивную смесь.
Предпочтительно один или более ингредиентов растворимого напитка в порошкообразной форме предварительно подогревают перед загрузкой в оформляющую полость. Предпочтительно предварительный подогрев проводят до температуры по меньшей мере 30°С, более предпочтительно от 30°С до 80°С, более предпочтительно от 40°С до 60°С. Предпочтительно порошкообразные ингредиенты растворимого напитка предпочтительно предварительно подогревают до температуры максимум на 10°С, предпочтительно максимум на 5°С ниже температуры стеклования (Тg) одного или более ингредиентов растворимого напитка. Предпочтительно предварительный подогрев проводят так, чтобы его температура была ниже Тg по меньшей мере основного ингредиента и предпочтительно ниже Тg всех ингредиентов (за очевидным исключением ингредиентов, не имеющих Тg, например сахара).
На Фиг. 5 показан график давления (МПа), необходимого для стадии уплотнения, по сравнению с относительной плотностью уплотняемого кофе. Этот график приведен для порошка кофе при температурах 25°С и 60°С. На фигуре показано, что профиль нагрузки для данного порошка при температуре окружающей среды (25°С) значительно отличается от профиля нагрузки при Т=60°С. Максимальное напряжение уменьшается почти на 80% при нагревании порошка по сравнению с его уплотнением при комнатной температуре. При соответствующем повышении температуры модуль Юнга упругости кофе (таблица 1) заметно уменьшается с 5212 до 2769 МПа. В случае забеливателя при повышении температуры наблюдается подобное уменьшение с 3989 до 2840 МПа. Модуль Юнга упругости является мерой жесткости материалов и зависит не только от объемной структуры, но и от структуры частиц. Таким образом, авторы данного изобретения применяют нагревание не только для повышения липкости поверхности частиц смеси напитка, но и для уменьшения осевого напряжения, за счет чего повышается вероятность успешного применения более низкого давления при уплотнении для объединения частиц смеси растворимого напитка в массе.
Способ, описанный в настоящем документе, служит для уменьшения максимального напряжения, так что для формирования смеси напитка можно применять низкие давления при уплотнении. В описании также выявлено, что нагревание порошка важно также для того, чтобы избежать крутого подъема напряжения, необходимого для конечной стадии упрочнения, как видно на Фиг. 6. На Фиг. 5 видно, что при температуре 25°С для достижения такого же перемещения пуансона необходимо более высокое давление пуансона, чем при 60°С. Авторы данного изобретения считают, что отношение максимальных давлений пуансона для порошка кофе при температуре окружающей среды и для нагретого порошка кофе может составлять вплоть до 5:1.
Авторы изобретения обнаружили, что применение предварительно подогретого порошка неожиданно значительно снижает давление, необходимое для уплотнения ингредиентов и формирования смеси напитка. Кроме того, при этом может образоваться более однородная и прочная структура без ухудшения пористости исходного материала или скорости растворения.
Чтобы обеспечить оптимальную структуру готового продукта, каждый из этих описанных выше трех подходов можно применять по отдельности или в любой комбинации.
В отличие от способа документа US 3293041, который основан на получении гранул небольшого объема, настоящий способ позволяет воздействию нагревания проникать в весь объем смеси. Эти способы обеспечивают получение прочного когезивного продукта, который при этом быстро и легко растворяется. Напротив, если бы способ документа US 3293041 необходимо было масштабировать для обработки гранул большего размера, для обеспечения достаточной прочности гранул в течение короткого времени обработки было бы необходимо значительно повысить температуру/давление, что привело бы к слабой растворимости продукта. Кроме того, слишком длительное время обработки при высоких температурах могло бы привести к подгоранию внешней поверхности или к неприятному привкусу.
Предпочтительно смесь растворимого напитка имеет массу от 2 до 20 г. Предпочтительно для приготовления напитка из одной порции смеси смесь напитка имеет подходящий объем. Таким образом, предпочтительно масса смеси составляет от 1,7 до 2,3 г для кофе и от 12 до 17 г для горячего шоколада. Для смеси для кофе со сливками масса обычно составляет от 12 до 13 г, включая сахар, при отношении забеливателя к кофе от 30 до 70.
Смесь для горячего шоколада обычно включает шоколад, сахар и забеливатель или порошковое молоко, из которых по меньшей мере 50% вес. составляет сахар. Эти значения представляют собой обычные значения для требуемого содержания твердых веществ, необходимых для обеспечения полного вкуса напитков данных видов.
Предпочтительно форму и/или запорный элемент подогревают до температуры поверхности, превышающей Тg одного или более ингредиентов растворимого напитка (по меньшей мере основного ингредиента). Нагрев вызывает размягчение ингредиентов растворимого напитка, которое требуется для получения когезионной внутренней структуры смеси. Предпочтительно форму и/или запорный элемент подогревают до температуры от 60 до 120°С, более предпочтительно от 80 до 115°С, более предпочтительно от 100 до 110°С. Обнаружено, что данный диапазон температур подходит для большинства ингредиентов напитка, в частности для растворимого кофе, так как позволяет получить когезивную смесь, не приводя к порче ингредиентов или какому-либо привкусу. Считают, что применение слишком большого количества теплоты может вызвать подгорание или неприятный привкус вследствие возможного протекания реакции Майяра.
Предпочтительно смесь охлаждают до комнатной или более низкой температуры, а затем извлекают из формы. Это помогает предотвратить повреждение продукта после процесса изготовления. В общих чертах обнаружено, что смесь следует охладить по меньшей мере ниже ее температуры стеклования (Тg) перед извлечением из формы.
3
3
3
Авторы изобретения обнаружили, что требуемая степень уплотнения варьирует в зависимости от плотности исходного материала, особенно в тех случаях, когда ВЧ-нагрев не используют. Предпочтительно в случаях, когда один или более ингредиентов растворимого напитка имеют насыпную плотность от 0,3 до 0,5 г/см, стадия уплотнения уменьшает объем ингредиентов растворимого напитка на 30-60% от исходного объема, предпочтительно на 40-50%. Таким образом, объем, равный 10 мл, уменьшается до значения от 7 до 4 мл. Предпочтительно в случаях, когда один или более ингредиентов растворимого напитка имеют насыпную плотность более 0,5 г/см до 1 г/см, стадия уплотнения уменьшает объем ингредиентов растворимого напитка на 10-50% от исходного объема, предпочтительно на 25-35%.
3
3
3
3
3
3
3
3
Авторы настоящего изобретения тщательно изучили влияние нагревания и давления на свойства порошкообразных ингредиентов напитка при их преобразовании из сыпучего порошка в смесь напитка. Для порошкообразных ингредиентов растворимого напитка с насыпной плотностью от 0,2 до 0,5 г/см достижимо уменьшение объема на 30-60% без ухудшения качества готового продукта. Это приводит к получению смеси растворимого напитка с желаемой конечной плотностью по меньшей мере 0,3 г/см (для уменьшения объема до 30%) и максимальной плотностью 1,25 г/см (для уменьшения объема на 60%). Тем не менее уменьшение объема на 60% неприменимо для ингредиентов с плотностью около 0,5 г/см. Предпочтительно максимальное уменьшение объема, которое можно применять к ингредиентам с плотностью около 0,5 г/см, составляет 50%, что приводит в результате к получению смеси растворимого напитка с плотностью 1,0 г/см. В результате диапазон плотности готового продукта составляет 0,3-1,0 г/см, где исходная плотность порошкообразных ингредиентов растворимого напитка составляет 0,2-0,5 г/см.
3
3
3
3
3
3
3
3
Для порошкообразных ингредиентов растворимого напитка с насыпной плотностью от 0,5 до 1,0 г/см можно применять уменьшение объема от 10 вплоть до 50%. Плотность готовой смеси растворимого напитка составляет в данном случае минимум 0,71 г/см и максимум 2 г/см. Тем не менее ингредиенты с плотностью, близкой к 1,0 г/см, невозможно уплотнить до 50% их исходного объема, поэтому максимальное уменьшение объема, которое можно применять к ингредиентам с плотностью около 1,0 г/см, составляет 40%. Такое уплотнение приведет в результате к плотности смеси растворимого напитка 1,67 г/см. В результате диапазон плотности готового продукта составляет 0,71-1,7 г/см, где исходная плотность порошкообразных ингредиентов растворимого напитка составляет 0,5-1,0 г/см.
Предпочтительно после загрузки одного или более ингредиентов растворимого напитка в оформляющую полость способ дополнительно включает стадию герметичного закрытия оформляющей полости крышкой, имеющей дополнительную контактную поверхность. Предпочтительно крышка имеет двойную цель, обеспечивая равномерное нагревание вокруг всего содержимого формы и обладая при этом способностью к обеспечению необходимого уплотнения внутри формы. Предпочтительно дополнительную контактную поверхность крышки формируют из диэлектрического материала и/или крышка содержит диэлектрический материал и оборудована облицовкой или покрытием с образованием контактной поверхности. Это позволяет подогревать крышку с помощью ВЧ-нагрева, хотя подходят также другие методики нагревания.
Предпочтительно один или более ингредиентов растворимого напитка содержат растворимый кофе, забеливатель, сухие вещества молока, сахар, вкусовые добавки; красящие вещества, какао или шоколад либо смесь двух или более из них. Предпочтительно смесь формируют из одного ингредиента напитка или из смеси ингредиентов.
Например, один или более ингредиентов растворимого напитка могут состоять из растворимого кофе и предпочтительно имеют суммарную массу от 0,5 до 5 г, более предпочтительно от 1 до 3 г, еще более предпочтительно около 1,8 г. Растворимый кофе может представлять собой кофе, высушенный распылением, или сублимированный кофе. Растворимый кофе может содержать поры с захваченным внутри пор газом для получения пенки на готовом напитке.
В альтернативном варианте осуществления смесь растворимого напитка может содержать нерастворимые ингредиенты напитка или «включения», такие как желе, маршмэллоу или тому подобное. Преимуществом этих ингредиентов является то, что они обеспечивают физическое ощущение во рту и приятную текстуру готовому напитку.
Предпочтительно один или более ингредиентов растворимого напитка загружают в оформляющую полость вместе с частицами кофейных зерен мелкого помола, предпочтительно имеющими D90 менее 300 микрон. Виды объединения растворимых кофе и тонко размолотого кофе и молотого кофе хорошо известны на рынке напитков, например торговая марка Millicano™. Альтернативно, растворимый кофе можно просто предварительно смешивать с тонко размолотым кофе и порошком кофе. Обнаружено, что добавление тонко размолотого кофе и молотого кофе такими путями вызывает как неожиданное повышение растворимости смеси напитка, так и повышение прочности смеси. Не желая быть связанными теорией, считают, что, по-видимому, нерастворимые частицы обеспечивают структуру смеси, а также точку рыхлости для проникновения водной среды в смесь. Предпочтительно растворимый кофе содержит частицы кофейных зерен мелкого помола, причем размолотые кофейные зерна предпочтительно имеют D90 менее 300 микрон и D50 от 5 до 60 микрон.
Предпочтительно один или более ингредиентов растворимого напитка содержат два или более ингредиентов, и ингредиенты растворимого напитка образуют отдельные слои или отдельные части внутри смеси. Это придает готовому продукту приятный внешний вид, а также может обеспечить возможность временного профилирования растворения различных ингредиентов (например, сначала может образоваться внешняя молочная пенка, а затем растворяется внутренний слой кофе, благодаря чему пенка на напитке имеет белый цвет). Предпочтительно ингредиенты не смешиваются вместе, а образуют визуально различимые слои, обеспечивая потребителю впечатление от ингредиентов напитка.
В этом случае смесь формируют из отдельных слоев, причем возможно последовательно загружать в форму и уплотнять каждый слой. В этом случае предпочтительно, чтобы сначала загружался ингредиент с самой высокой Тg и обеспечивалась возможность снижения температуры формы, чтобы свести к минимуму время, в течение которого температура более ранних слоев близка к их Тg. Благодаря этому подходу, представляющему собой ступенчатое нагревание, слои являются как индивидуально, так и взаимно унифицированными и когезивными.
В другом варианте осуществления ингредиенты перед формированием смеси растворимого напитка можно сначала агломерировать вместе. Альтернативно ингредиенты можно объединять, а затем подвергать распылительной или сублимационной сушке.
Предпочтительно смесь растворимого напитка содержит два или более видов растворимого кофе, забеливатель, шоколад, и при этом каждый ингредиент включен по меньшей мере в один отдельный дискретный слой или отдельную дискретную часть смеси.
Ингредиенты напитков поставляют в порошкообразной форме, предпочтительно содержащей частицы, имеющие D99 800 микрон или менее и/или D50 300 микрон или менее. Методики измерения этих параметров хорошо известны в данной области техники. Предпочтительно используют методику лазерной дифракции сухого порошка компании Malvern.
В одном варианте осуществления один или более ингредиентов растворимого напитка содержат растворимый кофе, и дополнительно в форму с одним или более ингредиентов растворимого напитка добавляют от 0,01 до 0,1 г кофейного масла. Кофейные масла, например масло компании Coloma, обычно добавляют к видам растворимого кофе для обеспечения сильного кофейного аромата. За счет включения масла в форму с ингредиентами аромат может сохраняться в смесях и выделяться при приготовлении напитка.
Предпочтительно один или более ингредиентов растворимого напитка содержат вспенивающий ингредиент растворимого напитка, содержащий захваченный им газ под давлением. Подходящие способы получения такого ингредиента описаны в документе ЕР 1627568, содержание которого включено в данный документ путем ссылки. Предпочтительные варианты осуществления включают вспениваемый растворимый кофе, вспениваемые растворимые забеливатели и виды вспениваемого порошкового молока. Это обеспечивает возможность образования пенки на поверхности готового напитка. Альтернативно, если самим напитком может быть захвачено достаточное количество газа, он может частично вспениваться.
Согласно одному варианту осуществления ингредиенты растворимого напитка в оформляющей полости не подвергают ВЧ-нагреву.
Предпочтительно один или более ингредиентов растворимого напитка не содержат связующее вещество. Таким образом, для получения растворимых смесей нет необходимости включать клей или другой ингредиент, которые не требуются в готовом напитке. Это связано с тем, что способ настоящего изобретения подходит для формирования смесей без связующего вещества.
Предпочтительно один или более ингредиентов растворимого напитка имеют содержание влаги от 0,1 до 6% вес., предпочтительно от 2 до 5% вес. Данный уровень содержания влаги позволяет полученным из них смесям легко сплавляться в оформляющей полости, а также является достаточно низким, чтобы обеспечить возможность длительного хранения готового продукта. Продукт должен быть стабильным при хранении при 20°С в течение периода по меньшей мере 6 месяцев, предпочтительно по меньшей мере 12 месяцев.
Предпочтительно смесь растворимого напитка получают, а затем запечатывают в по существу воздухо- и влагонепроницаемой упаковке для продажи. Таким путем можно предотвратить какое-либо разрушение продукта до применения.
Предпочтительно запорный элемент для оформляющей полости обеспечивает по существу плоскую поверхность смеси растворимого напитка или поверхность, имеющую периферическую часть, на которой смесь может стабильно поддерживаться, и центральную вдавленную часть, определяющую полость внутри смеси. Желательно, чтобы смесь растворимого напитка имела возможность стабильно поддерживаться на поверхности. Это позволяет, например, транспортировать смесь растворимого напитка по конвейерной ленте без риска ее раскатывания. Таким образом, предпочтительно, чтобы смесь растворимого напитка была обеспечена по существу плоской поверхностью, образованной крышкой. Альтернативно, смесь растворимого напитка обеспечена поверхностью, образованной крышкой, имеющей периферическую часть, на которой смесь может стабильно поддерживаться, и центральную вдавленную часть, определяющую полость внутри смеси. Например, поверхность, образованная крышкой, может образовать в смеси ободок и вогнутую полость, где смесь при помещении ее на плоскую поверхность может поддерживаться на ободке. Разумеется, следует понимать, что несущая поверхность может обеспечиваться оформляющей полостью, а не самой крышкой. Тем не менее обнаружено, что применение формующих элементов внутри оформляющей полости может вызвать затруднения при извлечении смеси из формы.
Предпочтительно смесь растворимого напитка транспортируют после ее получения на указанной поверхности, образованной крышкой. В одном варианте осуществления крышка включает штамп или полость, где на смесь можно нанести маркировку в процессе уплотнения. Это полезно для обозначения торговой марки или идентификации вкуса.
Согласно второму аспекту предложена смесь растворимого напитка, которая может быть получена способом, описанным в настоящем документе.
3
3
3
3
Согласно третьему аспекту предложена смесь растворимого напитка, содержащая один или более ингредиентов растворимого напитка и имеющая массу от 2 до 20 г, причем смесь растворимого напитка имеет плотность от 0,25 г/см до 1,7 г/см и твердость поверхности, характеризующуюся разрушающим усилием по меньшей мере 8 Н. Смесь растворимого напитка предпочтительно имеет плотность от 0,5 г/см до 1,3 г/см и твердость поверхности, характеризующуюся разрушающим усилием предпочтительно от 8 H до 100 Η, предпочтительно от 20 H до 100 H.
Предпочтительно смесь полностью растворяется в пределах от 10 до 120 секунд, более предпочтительно от 25 до 90 секунд после погружения в 250 мл воды при температуре 80-95°С при легком перемешивании.
Предпочтительно смесь имеет пористость от 5 до 60%, более предпочтительно 10-50%. Ее можно измерить с помощью методик, хорошо известных в данной области техники, таких как гелиевая пикнометрия или рентгеновская томография. Предпочтительно смесь обладает однородностью, так что значение пористости по всему поперечному сечению смеси не изменяется более чем на +/-20%, более предпочтительно менее чем на +/-10%. При применении стадии ВЧ-нагрева продукт имеет более однородную пористость менее чем +/-5%. Напротив, без ВЧ-нагрева пористость составляет +/-5% или более. Разрушающее усилие, достижимое при ВЧ-нагреве, также может составлять менее 25 Н, в то время как без ВЧ-нагрева оно обычно составляет 25-100 H в зависимости от применяемого уплотнения.
Предпочтительно смесь дополнительно содержит от 7,5 до 15% вес. тонко размолотого обжаренного кофе.
Можно получить смесь растворимого напитка, имеющую любую подходящую форму и поверхностную текстуру. Предпочтительно поверхность является по существу ровной. В различных примерах смесь растворимого напитка формуют в виде полусферы, вытянутой полусферы и/или удлиненной полусферы. Такие округленные формы напоминают формы высококачественного шоколада, что привносит впечатление качества готового продукта. Альтернативно смесь может подходить для образования ряда напитков и имеет форму плитки шоколада, где можно отламывать кусочки, используемые для образования напитка.
Согласно четвертому аспекту предложен способ приготовления напитка, включающий приведение в контакт смеси растворимого напитка, описанной в настоящем документе, с водной средой. Хотя, как правило, водная среда представляет собой воду, она может альтернативно содержать молоко или состоять из молока. Водная среда может находиться при любой подходящей для напитка температуре, но предпочтительно имеет температуру от 75 до 95°С.
Согласно пятому аспекту предложена система приготовления напитков для приготовления кофейного напитка, причем система содержит средства подачи водной среды напитка в смесь растворимого напитка, описанную в данном документе, для дозирования напитка из системы.
Теперь изобретение будет описано в отношении приведенных ниже фигур, не имеющих ограничительного характера, в которых:
На Фиг. 1 схематически изображено оборудование, применяемое в способе, описанном в настоящем документе.
На Фиг. 2 изображено поперечное сечение смеси напитка, полученной согласна способу, описанному в настоящем документе.
На Фиг. 3 показано изображение подходящей конструкции устройства для массовой продукции смеси напитка, описанной в настоящем документе.
Фиг. 4 представляет собой увеличенную фотографию смеси напитка, имеющей два слоя растворимого кофе, между которыми находится слой порошкового молока.
На Фиг. 5 показан график профиля уплотнения кофе при 25 и 60°С.
На Фиг. 6 показаны давления пуансона для порошков кофе при 25 и 60°С.
На Фиг. 7 показан репрезентативный график объема ингредиента напитка в форме в зависимости от времени, показывающий приложение ВЧ-нагрева.
Фиг.8 представляет собой блок-схему варианта осуществления способа, описанного в настоящем документе. На данной блок-схеме показаны следующие стадии способа:
На стадии А подготавливают порошок кофе распылительной сушки. На стадии В подготавливают порошок тонко размолотого обжаренного кофе. На стадии С подготавливают порошковое молоко.
На стадии D порошок кофе распылительной сушки и порошок тонко размолотого обжаренного кофе смешивают вместе в смесителе с высокими сдвигающими усилиями.
На стадии Ε в подогретую оформляющую полость (например, до температуры от 90 до 120°С) последовательно загружают слой смеси кофе и слой порошкового молока. Эти порошки необязательно предварительно подогревают.
На стадии F ингредиенты необязательно уплотняют, так чтобы уменьшить объем порошка до 60% исходного объема, с помощью прессовочного инструмента, который скользит внутри оформляющей полости.
На стадии G ингредиенты необязательно нагревают с помощью ВЧ-нагрева в ВЧ-печи до достижения Тg ингредиентов (приблизительно 60-80°С). ВЧ-нагрев может происходить при мощности 400 Вт, при частоте 27,12 МГц в течение от 10 секунд до 1 минуты.
На стадии H ингредиенты уплотняют до 60% исходного объема и выдерживают в форме в течение предпочтительно одной минуты.
На стадии I сформированные смеси извлекают из формы и на стадии J смеси упаковывают для доставки и продажи.
На Фиг. 9А показано полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение порошка кофе (кофе распылительной сушки), подходящего для применения при формировании смеси растворимого напитка. На Фиг. 9В показано полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение смеси растворимого напитка, сформированной из порошка кофе, изображение которого приведено на Фиг. 9А. Четко видно, что способ не приводит к разрушению структуры порошка, что подтверждает тот факт, что свойства растворимости смеси сходны со свойствами растворимости порошка ингредиента.
На Фиг. 10 показано полученное с помощью рентгеновской томографии изображение смеси растворимого напитка, сформированной в соответствии со способом, описанным в настоящем документе, без нагнетания газа в порошок.
Как показано на Фиг. 1, смесь 1 растворимого напитка может быть получена, как описано ниже. Форма 5 обеспечена облицовкой 10 ПВДФ, которая покрывает внешнюю поверхность оформляющей полости 15.
Облицовку 10 предварительно нагревают с помощью ВЧ-излучателя (не показан) до температуры около 100°С. Альтернативно, предварительный нагрев можно осуществлять с помощью традиционного нагревательного устройства. Растворимый кофе 20 загружают в оформляющую полость 15 и уплотняют плунжером 25. Плунжер 25 сформирован из ПВДФ, его подогревают и используют для образования крышки закрытой формы 5.
Смесь 1 держат в уплотненном состоянии в течение 60 секунд. Затем смесь 1 можно легко отделить от гибкой облицовки 10.
Альтернативно, смесь 1 растворимого напитка может быть получена, как описано ниже. Форма 5 обеспечена облицовкой 10 ПВДФ, которая покрывает внешнюю поверхность оформляющей полости 15.
Облицовку 10 предварительно нагревают с помощью ВЧ-излучателя (не показан) до температуры около 100°С. Альтернативно, предварительный нагрев можно осуществлять с помощью традиционного нагревательного устройства. Растворимый кофе 20 загружают в оформляющую полость 15 и уплотняют плунжером 25. Плунжер 25 сформирован из ПВДФ, и его используют для образования крышки закрытой формы 5.
Затем содержимое формы 5 нагревают с помощью ВЧ-излучателя. Как только кофе 20 равномерно нагревается выше его Тg, нагретый кофе 20 дополнительно уплотняют с использованием плунжера 25. Кофе позволяют охладиться с образованием смеси 1 растворимого напитка. Смесь 1 можно легко отделить от гибкой облицовки 10.
Как показано на Фиг. 3, можно получить смесь 1 с основанием 30, которое является плоским или вдавленным, чтобы обеспечить стабильное основание, образованное периферическим ободком 35.
Теперь настоящее изобретение описано со ссылкой на представленные ниже примеры, не имеющие ограничительного характера.
Примеры с ВЧ-нагревом ингредиентов напитка
Пример 1 (сравнительный)
100 г пенящегося порошка кофе распылительной сушки помещали в цилиндрическую полипропиленовую форму с внутренним диаметром 40 мм и внутренней высотой 80 мм. Затем форму помещали внутрь ВЧ-печи. Затем прилагали ВЧ-излучение при мощности 200 Вт в течение 225 секунд. Температура кофе поднималась от исходной температуры 20°С до 75°С. Для измерения температуры использовали оптоволоконный термозонд.
Форму последовательно извлекали из ВЧ-печи и дополнительно уплотняли смесь с помощью пневматического прессовочного инструмента, как описано выше, до уплотнения нагретого слоя кофе до 70% его исходного объема. Затем форме позволяли охладиться и извлекали формованный брусок порошка кофе распылительной сушки.
Этот брусок обладал характеристиками равномерного профиля агломерации по всей толщине брусков без пятен избыточного или недостаточного нагревания. Поверхность бруска была эрозионной и рассыпчатой.
Пример 2 (сравнительный)
1,5 кг порошка кофе распылительной сушки помещали в цилиндрическую полипропиленовую форму с внутренним диаметром 300 мм и внутренней высотой 100 мм. Затем форму помещали внутрь ВЧ-системы, установленной на частоту 13,56 МГц. Затем прилагали ВЧ-излучение при мощности 3 кВт в течение 205 секунд. Температура кофе поднималась от 20°С до конечной температуры 80°С после 205-секундного периода.
Затем форму последовательно извлекали из ВЧ-печи и дополнительно уплотняли смесь с помощью пневматического прессовочного инструмента, как описано выше, до уплотнения нагретого слоя кофе до 70% его исходного объема. Затем форме позволяли охладиться и извлекали формованный брусок порошка кофе распылительной сушки. Этот брусок обладал характеристиками равномерного профиля агломерации по всей толщине брусков без пятен избыточного или недостаточного нагревания. Поверхность бруска была эрозионной и рассыпчатой.
Пример 3
3,1 г порошка растворимого кофе с 15% молотого обжаренного кофе (R&G) (дисперсность D100 <60 мкм), имеющего плотность 40 г/100 мл, цвет 11 La и содержание влаги (СВ) 3,5%, загружали в предварительно нагретую форму ПВДФ и слегка постукивали по ней, чтобы способствовать контакту частиц друг с другом. Затем форму подогревали приблизительно до 100-115°С. Теплота, проводимая от формы на порошок кофе, создала «оболочку» на поверхности образца. Температура кофе, находящегося в контакте с формой, достигала приблизительно 90°С.
Затем форму, содержащую кофе, помещали в ВЧ-печь между двумя электродами и прилагали излучение при мощности 450 Вт в течение 20 секунд. Оптоволоконный термозонд помещали в форму в центре образца кофе в виде частиц. В течение 30 секунд наблюдали постепенный подъем температуры кофе от 45°С до 65°С, за счет чего температура частиц внутри «оболочки» поднималась выше его Тg. К продукту, который все еще находился в размягченном стеклообразном состоянии, прилагали небольшое уплотнение примерно 2 Н, чтобы дополнительно способствовать сплавлению частиц вместе. После двух стадий уплотнения объем комка уменьшился на 28%. Затем сплавленный образец выдерживали в форме для охлаждения в течение 30-50 секунд и извлекали. Сплавленный образец растворялся в горячей воде/молоке при температуре >85°С в пределах 30 секунд.
Пример 4
3,1 г порошка растворимого кофе, имеющего плотность 23 г/100 мл и СВ 3%, загружали в подогретую форму ПВДФ и слегка постукивали по ней, чтобы способствовать контакту частиц друг с другом. Форму подогревали приблизительно до 110°С. Теплота, проводимая от формы на порошок кофе, создала «оболочку». Затем форму, содержащую кофе, помещали в ВЧ-печь между двумя электродами и прилагали излучение при мощности 450 Вт в течение 18 секунд. В течение 18-20 секунд наблюдали постепенный подъем температуры от 45°С до 70°С. Уплотнение не прилагали. Температура в середине сплавленного образца составляла около 70°С. Затем сплавленный образец выдерживали в форме в течение 30 секунд и извлекали. Сплавленный образец растворялся в горячей воде/молоке при температуре >85°С в пределах 30 секунд, но при транспортировке легче повреждался, чем некоторые другие примеры.
Пример 5
Влажную смесь 1,9 г порошка растворимого кофе и 15% тонко размолотого обжаренного кофе и молотого кофе (R&G) загружали в подогретую оформляющую полость, слегка постукивали по ней и уплотняли, чтобы способствовать контакту частиц друг с другом. Форму предварительно нагревали приблизительно до 90-120°С. Затем форму, содержащую кофе, помещали в ВЧ-печь (27,12 МГц) между двумя электродами и прилагали излучение при мощности 400 Вт в течение 20 секунд. В течение 60 секунд к плоской поверхности формы было приложено давление 0,1 МПа. Хотя продукт все еще находился в размягченном высокоэластичном состоянии, данная стадия формует частицы до требуемой трехмерной (3D) формы. После стадии уплотнения можно было достичь уменьшения объема комка на 35-55%. Сплавленный образец растворялся в горячей воде/молоке при температуре >85°С в пределах 30 секунд.
Пример 6
1,9 г порошка чистого растворимого кофе загружали в предварительно нагретую оформляющую полость, слегка постукивали по ней и уплотняли, чтобы способствовать контакту частиц друг с другом. Затем форму подогревали приблизительно до 90-120°С. Затем форму с кофе помещали в ВЧ-печь между двумя электродами и прилагали излучение при мощности 400 Вт в течение 30 секунд. В течение 60 секунд к плоской поверхности формы было приложено давление 0,1 МПа. Хотя продукт все еще находился в размягченном высокоэластичном состоянии, данная стадия формует частицы до требуемой трехмерной (3D) формы. После стадии уплотнения можно было достичь уменьшения объема комка на 35-55%. Сплавленный образец растворялся в горячей воде/молоке при температуре >85°С в пределах 30 секунд.
Пример 7
3,1 г кофейной смеси 2 в 1 (порошок кофе распылительной сушки с немолочным забеливателем) загружали в подогретую форму при 80-90°С. Порошки постукивали и слегка уплотняли. В течение 15 секунд прилагали ВЧ-излучение при мощности 500 Вт для нагревания продукта. Прилагали легкое уплотнение (0,2 МПа) и 3D-образец извлекали из формы после охлаждения в течение 30 секунд. Указанные комки растворялись в горячей воде/молоке при температуре >85°С в пределах 90 секунд.
Пример 8
3,1 г кофейной смеси 3 в 1 (порошок кофе распылительной сушки, сахар и немолочный забеливатель) загружали в подогретую форму при 60-78°С, прилагали небольшое уплотнение и форму со смесью помещали между двумя электродами. Прилагали ВЧ излучение при мощности 300 Вт и форму с продуктом нагревали в течение 56 минут. Продукт охлаждали в форме в течение 30 секунд, а затем извлекали. Комок растворялся в горячей воде/молоке при температуре >85°С в пределах 90 секунд.
Пример 9
Влажную смесь 3,1 г порошка растворимого кофе и 15% тонко размолотого кофе R&G (D100 <60 мкм), имеющего плотность 40 г/100 мл, цвет 11 La и содержание влаги (СВ) 3,5%, загружали в подогретую оформляющую полость. Форму заполняли на 1/3 объема формы. На этот слой порошка кофе накладывали слой порошкового молока распылительной сушки, известного под торговым названием Regilait, до заполнения 2/3 объема формы. Затем на этот слой порошкового молока накладывали другой слой первого порошка кофе и слегка постукивали, чтобы способствовать контакту частиц друг с другом. Теплота, проводимая от формы на порошок кофе и молока, создала «оболочку» на поверхности образца. Затем форму, содержащую порошок кофе и молока, помещали в ВЧ-печь между двумя электродами и прилагали излучение при мощности 450 Вт в течение 20 секунд. К продукту, который все еще находился в размягченном высокоэластичном состоянии, прилагали небольшое уплотнение 0,1 МПа для получения 3D-формы образца. Сплавленный образец растворялся в горячей воде/молоке при температуре >85°С в пределах 30 секунд.
Пример 10
Для определения структуры смеси кофе, полученной в примере 4, измеряли пористость с помощью рентгеновской томографии. В частности, пористость измеряли в центре и вблизи внешнего края смеси (на основании поперечного сечения). Измерение показало, что в центре пористость составляет 58,5%, а вблизи внешнего края - 58,1%. Эти данные показывают, что смесь имеет легкую однородную структуру, которая легко растворяется благодаря тому, что значения пористости внутри и снаружи более-менее одинаковы и оба значения являются высокими.
Эксперимент был повторен с нагнетанием газа в исходный материал. Измерение показало, что в центре пористость составляет 74,1%, а вблизи внешнего края - 73,4%. Эти данные показывают, что смесь имеет легкую однородную структуру, которая легко растворяется благодаря тому, что значения пористости внутри и снаружи более-менее одинаковы и оба значения являются более высокими.
Пример 11
В этом примере изучены преимущества, которые дает использование в качестве исходного материала кофе, содержащего оба из захваченного газа и тонко размолотого обжаренного кофе.
Использование порошка распылительной сушки (со сферической структурой), подготовленного с нагнетанием газа, показало лучшую растворимость по сравнению с комками, полученными с порошками распылительной сушки без нагнетания газа. Порошки, в которые нагнетали газ, вносили больший объем пор в комок (как внутренний объем частицы, так и свободный объем между частицами) по сравнению с эквивалентом, полученным без нагнетания газа, в котором преобладали свободные объемы.
Кроме того, обнаружено, что добавление кофе микропомола, как описано в настоящем документе, обеспечивает дополнительную структурную целостность сферических частиц распылительной сушки по сравнению с частицами, не содержащими микропомол.
Проанализированы следующие прототипы:
При уплотнении порошков с образованием комков прототип Р1 в большей степени сохраняет сферическую структуру благодаря его повышенной структурной целостности и, следовательно, имеет больший свободный объем пор между частицами, что способствует проникновению воды. Комки, полученные с использованием Р2, показали более деформированную сферическую структуру и, следовательно, имели уменьшенный свободный объем и, следовательно, пониженную водопроницаемость и увеличенное время растворения. Р1 и Р2 показаны на Фиг. 3А и 3В соответственно.
В связи с этим особенно предпочтительно, чтобы по меньшей мере один из ингредиентов в смеси растворимого напитка представлял собой растворимый кофе, содержащий оба из захваченного газа в его порах и тонко размолотого обжаренного кофе.
Как показано в примерах, с методиками, применяемыми в настоящем документе, связан ряд преимуществ, в частности:
Сплавление частиц с применением технологии диэлектрического нагрева обеспечивает меньшие периоды нагревания для достижения Тg порошков. По сравнению с традиционным нагреванием диэлектрический нагрев обладает собственными преимуществами, поскольку частицы можно вероятнее нагревать объемным путем, чем способами теплопроводности, конвекции или излучения. При традиционных способах теплота проникает снаружи формы, затем к поверхности образцов порошка кофе и в центр образцов, что, таким образом, вызывает подгорание поверхности образца, чтобы обеспечить достижение его требуемой температуры стеклования в центре образца. В противоположность этому объемное нагревание нагревает молекулы воды внутри образца, за счет чего образец нагревается равномерно. Следовательно, можно свести к минимуму термическое повреждение продукта, при этом внутри продукта сохраняются летучие вкусовые вещества.
Загрузка порошка в ВЧ-проницаемую твердую форму, которая может нагреваться в диэлектрических полях, например ПВДФ, позволяет избежать необходимости в контурных ячейковых упаковках, требующихся для удерживания в них продукта. Как только продукт сформован, его можно извлечь из формы и он независимо удерживает свою форму.
Формование порошков с помощью диэлектрического нагрева внутри нагретой формы создает на поверхности «оболочку» или защитный слой, что, таким образом, повышает твердость и рассыпчатость полученного образца при извлечении из формы. Защитный слой также обеспечивает защиту находящихся внутри гигроскопичных частиц, следовательно, уменьшая вероятность «спекания» частиц внутри защитного слоя.
Благодаря защитному слою сплавленный образец показывает надлежащую растворимость (3,1 г сформованных частиц растворялось в пределах 60 секунд) при контакте с водой или молоком при 70-100°С, поскольку частицы внутри оболочки все еще сохраняют свою сферическую структуру, обеспечивая, таким образом, возможность проникновения воды через оболочку. Поскольку частицы внутри оболочки сохраняют свою пористость, смачиваемость образца улучшается.
В частности, при использовании молочных порошков возможность реакций Майяра, происходящих во время обработки, может быть ограничена за счет низкой температуры и короткого времени воздействия.
Примеры без ВЧ-нагрева ингредиентов напитка
Форма. Материал формы может иметь конструкцию из любого материала и любой формы. Материалы включают без ограничений полимеры и металлы, которые характеризуются высокими теплоемкостям и, высокой твердостью, чтобы удерживать свою форму под действием уплотняющих сил, и должны выдерживать используемые температуры без значительного расширения и изменения их формы. Вместимость оформляющей полости для смеси может составлять 0,5-20 г порошка для приготовления одной порции быстрорастворимого напитка.
Подогрев формы. Для подогрева формы можно использовать любой способ нагревания, позволяющий поднимать температуру либо всей формы, либо только области поверхности, находящейся в контакте с продуктом. Этот способ включает без ограничений традиционную печь, диэлектрический нагрев, инфракрасный (ИК) и контактный нагрев посредством нагретых плунжеров.
Подаваемый материал. Подаваемый материал может включать растворимые, а также нерастворимые ингредиенты. Подаваемый материал может представлять собой смесь ингредиентов напитка или различные ингредиенты, высушенные распылительной сушкой в виде одного порошка. Используемое количество может быть рассчитано на одну Или множество упаковок смесей по 0,5-20 г. Порошки характеризуются размером частиц Х99 200-1000 мкм, плотностью 200-1000 г/л, содержанием влаги вплоть до 7% и GTW от 10 до 65%.
Подогрев порошка. Порошок следует подогревать без значительной потери влаги. Этот подогрев включает без ограничений диэлектрический нагрев, либо традиционное нагревание в замкнутых системах, либо кондиционированную сушилку с псевдоожиженным слоем.
Тест на растворение. Смесь растворимого напитка помещали в чашку, добавляли 200 мл воды, нагретой при температуре 85°С. Смесь непрерывно перемешивали чайной ложкой, пока не наблюдали полного растворения. Время с момента приведения воды в контакт со смесью до полного растворения измеряли секундомером.
Испытание твердости. Для испытания твердости используют оборудование Хаунбфилда H25KS-0231 с диапазоном нагрузки 250 Н. Смесь растворимого напитка помещают под плиту. Плиту опускают со скоростью 2 мм/мин.
Компьютерная рентгеновская микротомография и анализ 3D-изображений. Сканирования с помощью рентгеновской томографии выполняли с помощью компьютерного микротомографа (KMT) 1172 Skyscan (Bruker) с пучком рентгеновских лучей 50 кВ, 200 мкА. Комки кофе помещали на латунный предметный столик (SP-1104, основание диаметром 65 мм) и высоту регулировали так, чтобы обеспечить оптимальное поле зрения для каждого комка. Для снятия изображения с размером пикселя 6,5 мкм камеру устанавливали на разрешение 4000×2096 пикселей и помещали в ближнее положение. Используемое время экспозиции составляло 1767 мс. Сканирование выполняли в пределах 180°, шаг вращения составлял 0,3°; межкадровое усреднение было равно 4, и случайное отклонение было равно 5.
Пример 12. Кофе
Форму ПВДФ подогревали ВЧ-излучением при мощности 400 Вт до достижения температуры ее основания 110°С и температуры ее крышки 120°С. В этот момент приложение ВЧ-излучения прекращали. В каждую из шести оформляющих полостей загружали 2 г кофе распылительной сушки (PC) (100% робуста) с содержанием влаги 7,5%. Кофе уплотняли до 67% его исходного объема в течение 60 секунд с последующей стадией извлечения из формы. Суммарное время нахождения порошка в форме составляло приблизительно 70 секунд.
Растворение водой при температуре 85°С занимало около 54 секунд, и комок характеризовался разрушающим усилием (твердостью) около 50 Н.
Пример 13. Кофе
Форму ПВДФ подогревали ВЧ-излучением при мощности 400 Вт до достижения температуры основания 100°С и температуры крышки 120°С. Кофе распылительной сушки (100% арабика) с СВ 7,5% нагревали в закрытой силиконовой форме с помощью ВЧ-излучения при мощности 200 Вт в течение 200 с приблизительно до 55°С. В этот момент приложение ВЧ-излучения прекращали. В каждую из шести оформляющих полостей загружали 2 г предварительно нагретого кофе. Кофе уплотняли до 50% его исходного объема в течение 120 секунд с последующей стадией извлечения из формы. Суммарное время нахождения порошка в форме составляло приблизительно 130 секунд.
Растворение водой при температуре 85°С занимало около 27 секунд, и комок характеризовался разрушающим усилием (твердостью) около 81 Н.
Пример 14. Шоколад
Форму ПВДФ подогревали ВЧ-излучением при мощности 400 Вт до достижения 110°С. В этот момент приложение ВЧ-излучения прекращали. В подогретую одноместную оформляющую полость загружали 15 г порошка для приготовления горячего шоколада. К шоколадному порошку прилагали нагрузку 420 кПа в течение 60 секунд с последующей стадией извлечения из формы. Суммарное время нахождения порошка в форме составляло приблизительно 70 секунд.
Растворение водой при температуре 85°С занимало около 40 секунд, и комок характеризовался разрушающим усилием (твердостью) около 525 Н.
Пример 15. Шоколад
Форму ПВДФ подогревали ВЧ-излучением при мощности 400 Вт до достижения температуры 60°С. Порошок для приготовления горячего шоколада подвергали термообработке в закрытом полипропиленовом (ПП) стакане с помощью ВЧ-излучения при мощности 200 Вт приблизительно до 60°С. В этот момент приложение ВЧ-излучения прекращали. 15 г предварительно обработанного шоколадного порошка загружали в подогретую одноместную оформляющую полость. К шоколадному порошку прилагали нагрузку 420 кПа в течение 60 секунд с последующей стадией извлечения из, формы. Суммарное время нахождения порошка в форме составляло приблизительно 70 секунд.
Растворение водой при температуре 85°С занимало около 40 секунд, и комок характеризовался разрушающим усилием (твердостью) около 290 Н.
Сравнительное испытание по сравнению с таблеткой документа WO 2013001052
Однородность представляет собой меру изменения пористости смеси, полученную в результате измерений в объеме смеси напитка вдоль линии поперечного сечения. Пористость можно определять с помощью любого традиционного способа, такого как оценка микроскопических изображений, полученных через поперечное сечение.
Дополнительные испытания выполняли, как суммировано в следующей таблице. Номера образцов не соответствуют более ранним примерам, приведенным выше.
Хотя предпочтительные варианты осуществления изобретения подробно описаны в настоящем документе, специалистам в данной области техники следует понимать, что в них можно внести изменения без отклонения от объема изобретения или прилагаемой формулы изобретения.