Продукты, содержащие тонкую пену, и способ их изготовления

Продукты, содержащие тонкую пену, и способ их изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устойчивой пене, имеющей контролируемое распределение по размерам высокодисперсных пузырьков воздуха, и к приготавливаемым из нее пищевым продуктам с низким содержанием жира. Особенно интересные приготавливаемые из таких пен продукты включают мороженое и родственные замороженные продукты.

Уровень техники

Получение тонко диспергированных пузырьков газа в непрерывной жидкой или полутвердой текучей фазе, называемой либо газовой дисперсией в случае объемных долей газа ниже около 10-15%, либо пеной в случае объемных долей газа, превышающих около 15-20%, является предметом особого интереса, в частности, в пищевой, фармацевтической, косметической промышленности, производстве керамики и строительных материалов. Доля содержания газа в относящихся к этим отраслям промышленности продуктах оказывает сильное воздействие на такие их физические характеристики, как плотность, реология, теплопроводность, сжимаемость и связанные с ними потребительские качества. В области пищевых продуктов аэрирование ряда систем от жидких до полутвердых повышает их ценность в отношении консистенции и таких связанных с этим воспринимаемых/органолептических свойств, как кремообразность, мягкость и однородность, а также улучшенная способность к сохранению формы и устойчивость к расслаиванию. Для определенных пищевых композиций, таких как замороженные десерты или мороженое, сильно сниженная теплопроводность является другим важным фактором устойчивости, предохраняющим продукт от быстрого таяния, например вследствие термических ударов, происходящих в «цепи охлаждения» от магазина до холодильника потребителя. Значительное увеличение внутренней поверхности может также открыть доступ к новым областям, пригодным для адсорбции и фиксации/стабилизации функциональных/техно-функциональных молекул, таких как вкусоароматические и/или питательно активные соединения.

В обычных замороженных и аэрированных водно-ледяных суспензиях типа мороженого такие характеристически важные сенсорные свойства как формуемость, кремообразность, однородность, сохранение формы в процессе таяния и устойчивость к термическим ударам определяются взаимодействием трех дисперсных фаз: воздушных полостей/пузырьков, жировых шариков/агломератов жировых шариков и кристаллов водяного льда с характеристическими диапазонами размеров и объемными долями этих дисперсных компонентов, соответствующими показанным, например, в Таблице 1.

Таблица 1
Диапазоны размеров и объемных долей дисперсных фаз в обычном мороженом
	газовые/воздушные полости	агломераты жировых шариков	кристаллы водяного льда
Средний диаметр Х50,0/ мкм	25-35	2-100	50-60
Объемная доля/об.%	50-60	8-15	40-50

Хорошо стабилизированные мелкие воздушные полости главным образом ответственны за кремообразность и ощущение однородной консистенции во время таяния мороженого во рту потребителя. Более мелкие воздушные полости/пенистая структура в расплавленном состоянии при сдвиговом воздействии, возникающем между языком и небом, приводят к более выраженному восприятию кремообразности. Воздушные полости более мелкого размера также способствуют более длительной продолжительности хранения замороженных композиций мороженого вследствие более значительных пространственных затруднений для роста кристаллов льда. При постоянной объемной доле газа большее количество более мелких воздушных полостей образует более значительную площадь поверхности раздела газовой фазы, снижая тем самым толщину слоев, образуемых непрерывной водной жидкой фазой между воздушными полостями. Это ограничивает рост кристаллов льда внутри этих слоев. Другой, хотя и менее выраженный, непосредственный вклад в кремообразность проистекает из средних размеров агломератов жировых шариков, имеющих диаметр менее 20-30 мкм. Когда агрегаты жировых шариков получаются большими, чем около 30-50 мкм, кремообразное ощущение трансформируется в жирное, маслянистое вкусовое впечатление.

Формуемость таких замороженных аэрированных суспензий, как мороженое, главным образом соотносится со структурой кристаллов льда, в частности с размерами кристаллов льда и их взаимной связанностью. Формуемость является наиболее существенным качественным признаком мороженого в низкотемпературном диапазоне между -20°С и -15°С.

При традиционном производстве мороженого частичное замораживание осуществляется в морозильных аппаратах непрерывного или периодического действия с охлаждаемыми скребковыми теплообменниками до конечных температур около -5°С. Затем суспензия мороженого заливается в чашки или формуется через выпускные отверстия экструзионных головок. Затем продукты отверждаются в закалочных туннелях с охлажденным до температур около -40°С воздушным теплоносителем до достижения температуры в толще продукта около -20°С. После этого продукты отправляются на хранение и/или распределение. После предварительного замораживания мороженого обычных рецептур во фризере в виде кристаллов водяного льда замерзает около 40-45% замораживаемой воды. Другая часть замораживаемой воды величиной около 55-60% остается, тем не менее, жидкой вследствие снижения температуры замерзания водного раствора, обогащенного сахарами, полисахаридами и белками. Большая часть этой жидкой фракции замерзает при дальнейшем охлаждении в закалочном туннеле. На этом этапе закаливания мороженое находится в состоянии покоя. Вследствие этого дополнительно замороженная вода кристаллизуется на поверхности существующих ледяных кристаллов, вызывая их рост от около 20 мкм до 50 мкм и выше. Некоторые из ледяных кристаллов связываются друг с другом, образуя трехмерную сетку кристаллического льда. После образования таких сеток мороженое ведет себя как твердое тело, а его формуемость падает.

Некоторые патенты, такие как патенты US №№5 620 732, 6 436 460, 6 491 960, 6 565 908, раскрывают ограничение роста кристаллов льда во время охлаждения/закалки при помощи антифризных белков. Также ожидается, что это должно оказывать положительное воздействие на способность кристаллов к образованию связей в отношении улучшения формуемости.

Патенты US №№6 558 729, 5 215 777, 6 511 694 и 6 010 734 раскрывают применение других специальных ингредиентов, таких как низкоплавкие растительные жиры, полиэфиры жирной кислоты и многоатомного спирта или особые сахара, такие как смеси сахарозы/мальтозы для смягчения относящихся к мороженому продуктов, улучшая тем самым их формуемость и кремообразность.

Патенты US №№5 345 781, 5 713 209, 5 919 510, 6 228 412 и RE 36 390 раскрывают специальное технологическое оборудование, главным образом одно- или двухшнековые замораживающие экструдеры непрерывного действия, для повышения качества микроструктуры мороженого (воздушные полости, кристаллы льда и агломераты жировых шариков) при использовании высоковязких сил трения, действующих обычно при очень низких температурах обработки от 10°С до -15°С, и таким образом улучшающее текстуру и характеристики устойчивости.

Другие публикации раскрывают применение мезоморфных фаз поверхностно-активного вещества с приготавливаемым при определенной температуре премиксом, содержащим поверхностно-активные вещества и воду, для обеспечения непрерывной ламеллярной фазы. Эти документы включают европейскую патентную заявку 753 995 и публикацию WO 95/35035. Другой подход, который раскрывает применение мезоморфных фаз пищевого поверхностно-активного вещества в качестве структурирующих агентов и/или заменителей жиров, встречается в патенте US 6 368 652, европейской патентной заявке 558 523 и публикации WO 92/09209.

Публикация WO 2005/013713 раскрывает содержащее по меньшей мере 2 мас.% жира замороженное кондитерское изделие, в котором часть всего присутствующего жира имеет консистенцию масла, а также способ его производства.

Тем не менее, несмотря на эти раскрытия остается потребность в способе получения замороженной пены или замороженных кондитерских изделий, которые при замораживании не претерпевали бы явного расширения газовых пузырьков и не приобретали бы связанных с этим выраженных свойств твердого тела или льдистой структуры.

Кроме того, сохраняется недостаток новаторских технологий аэрирования, обращающихся к вышеупомянутой потребности. Например, промышленная технология аэрирования с применением мембран все еще является относительно новой. Известное общеупотребительное аэрирование или взбивание текучих жидких композиций обычно выполняется с помощью роторно-статорных диспергирующих смесителей, функционирующих в областях турбулентного потока в условиях очень высоких норм потребления энергии.

В области диспергирования систем типа жидкость-жидкость (эмульгирование) известны методики диспергирования с помощью мембран, при которых применяются статичные мембранные модули, в которых отделение дисперсных жидких капель вызывается перетеканием непрерывной жидкой фазы через мембрану. Однако это означает, что обеспечивающие отделение капель силы или напряжения непосредственно связаны с объемной скоростью потока непрерывной жидкой фазы. Разумеется, это неприемлемо для производства относящихся к эмульсиям или дисперсиям композиций, если изменения в объемной скорости потока также способны воздействовать и на распределение капель дисперсной фазы по размерам, изменяя тем самым связанные с этим параметром свойства композиции.

Первые попытки получения пен с помощью мембран также предпринимались с использованием статичных мембранных устройств и с проблемами того же рода, что описаны выше для случая получения дисперсий в системе жидкость-жидкость, однако с более выраженными сложностями в отношении образования мелких пузырьков, особенно при повышенных объемных долях газа (>30-40%). Это может основываться на известной физической зависимости, описываемой так называемым критическим капиллярным числом (Са_с). Основным типом потока, генерируемого в окрестности (то есть в пограничном слое Прандтля) обтекаемой потоком мембраны, является сдвиговой поток. В сдвиговом потоке критическое капиллярное число находится в строгой зависимости от соотношения величин вязкости дисперсной и непрерывной фаз (η _{дисперсная} / η _{непрерывная}). В частности, для случая очень небольших, демонстрируемых вспененными системами величин отношения вязкостей, находящихся в диапазоне <10^-3-10^-4, Са_с может достигать значений, превышающих величины около 10-30. Причина заключается в том, что несмотря на легкую и значительную деформацию пузырьков воздуха в жидкостях со сдвиговым течением какого-либо эффективного разбиения не происходит, или, другими словами, величина критической деформации пузырьков сильно возрастает с уменьшением величины соотношения вязкостей. При очень высоких объемных скоростях достигаются условия турбулентного потока с улучшенной дисперсией пузырьков. Однако это не дает удовлетворительного результата в отношении размера пузырьков и узости диапазона распределения пузырьков по размерам. Даже в области турбулентного потока в окрестности стенок существует ламинарный слой Прандтля, ограничивающий действие турбулентного механизма диспергирования.

Недавно для диспергирования в системе жидкость-жидкость было применено ротационное мембранное устройство, продемонстрировавшее высокий потенциал улучшения диспергирования капель, в частности в отношении малых и имеющих узкий диапазон распределения по размерам капелек, но это устройство не применялось для диспергирования газов или вспенивания. Вероятно, это является следствием проблем, связанных со сложностью разбиения газовых пузырьков в описанном выше преобладающем ламинарном сдвиговом потоке, а также вследствие значительного различия в плотности двух фаз, которое делает способ в поле циркуляционного, особенно ламинарного, потока еще более трудновыполнимым. Газовая фаза, обладающая плотностью менее одного процента от плотности жидкости, в поле действующей в ламинарных циркуляционных потоках центробежной силы имеет тенденцию отделяться в направлении более малых радиусов (что эквивалентно более низкому центробежному давлению), не подвергаясь вызываемым действием потока возмущениям. Фундаментальные проблемы такого рода остаются нерешенными.

Патентная заявка Германии DE 101 27 075 раскрывает ротационное мембранное устройство для получения эмульсионных систем. Однако это устройство не подходит для генерирования тонкодисперсной гомогенной газовой дисперсии или пены из-за больших радиальных размеров рассеивающих зазоров, образованных между мембранными модулями и корпусом, которые однозначно способствовали расслоению фаз при повышенных скоростях вращения, необходимых для тонкого диспергирования газовых пузырьков.

Публикации WO 2004/30799 и WO 01/45830 описывают подобные, предназначенные для получения эмульсий, мембранные устройства с проблемами в отношении газовых дисперсий или пен, идентичными ранее упомянутым.

В этой связи существует потребность в новом устройстве для аэрирования и в способе, делающем возможным создание маложирного продукта из замороженный пены, который при замораживании не образует крупных газовых пузырьков или связанных между собой кристаллов льда и вытекающих из этого характеристик твердого тела. Имеется также потребность в продуктах, содержащих такую новую пену.

Раскрытие изобретения

Изобретение относится к вспененной системе доставки. Эта система имеет по меньшей мере два компонента: пену и соединенную с ней добавку, переносимую или доставляемую пеной. Предпочтительно пена является устойчивой пеной, содержащей жидкую матрицу, пузырьки газа и структурирующий агент, который образует ламеллярную или пузырьковую кейдж-структуру без образования геля, придающего резинистую консистенцию, в которой ламеллярная/пузырьковая кейдж-структура захватывает в себя, по меньшей мере, существенную часть газовых пузырьков и жидкой матрицы для удерживания пузырьков газа и жидкости в достаточно плотной структуре, которая по существу предотвращает дренаж жидкой матрицы и слияние и расслоение газовых пузырьков для обеспечения стабильности пены даже в случаях, когда пена подвергается многочисленным термическим ударам. Подходящие жидкие матрицы содержат полярную жидкость, такую как вода, в то время как газ может быть азотом, кислородом, аргоном, двуокисью азота (N₂O₂) или их смесью. Предпочтительная жидкая матрица является водой, в то время как предпочтительный газ является воздухом.

С помощью данной системы доставки может переноситься и доставляться любая из широкого разнообразия различных добавок. Типичные добавки включают питательный компонент, лекарственный компонент, косметический компонент, ароматический компонент или другой обладающий специфической функциональностью компонент. Когда система доставки разрабатывается для пищевых целей, она должна быть продуктом питания или напитком. Продукт питания может готовиться и потребляться при комнатной или температуре холодильного устройства, представляя собой, например, пудинг или йогурт, или же он может нагреваться. Нагреваемые напитки могут образовывать суп или соус, или даже горячий кремообразный напиток, такой как капуччино. Продукт питания может также переводиться в твердое состояние посредством охлаждения ниже температуры замерзания жидкой матрицы. В последнем случае предпочтительно использование газовых пузырьков, которые имеют достаточно малый средний диаметр и расположение в ламеллярной/пузырьковой кейдж-структуре достаточно тесное для того, чтобы при воздействии на пену температур ниже температуры замерзания жидкой матрицы препятствовать образованию в жидкой матрице твердых замороженных кристаллов со средними диаметрами X_50,0 в 50 мкм или более. Могут доставляться и другие пригодные для употребления в пищу продукты. Добавка может быть лекарственным компонентом, который является фармацевтическим, нутрицевтическим, медикаментозным или биологически активным веществом с тем, чтобы система доставки могла применяться в качестве питательной добавки или для лечения болезненных состояний или заболеваний.

В систему доставки могут также включаться добавки, не предназначаемые для пищевых применений. В случае косметических рецептур добавка может быть косметически активным средством с тем, чтобы система могла использоваться для обработки кожи человека, волос, ногтей или слизистых. Добавка также может быть биополимером или биоинженерной композицией, тогда как система при этом выступает в качестве носителя для полимера. Кроме того, добавка может быть неорганическим компонентом, содержащим стеклянные, глинистые или керамические частицы или волокна с тем, чтобы система могла использоваться в качестве изоляции или шумопоглощающего средства.

В этих системах доставки жидкая матрица предпочтительно содержит воду, а газ предпочтительно является воздухом. Газовые пузырьки обычно имеют средний диаметр X_50,0, составляющий менее 30 мкм, и располагаются с промежутками менее 30 мкм, а пена имеет величину коэффициента распределения пузырьков по диаметрам Х_90,0/Х_10,0 менее 5. Предпочтительно газовые пузырьки имеют средний диаметр X_50,0, составляющий менее 15 мкм, и расположены с промежутками менее 15 мкм, а пена имеет коэффициент распределения пузырьков по диаметрам менее 3 и, более конкретно, между 2 и 3.

Структурирующий агент содержит амфифильное соединение или материал, который включает гидрофобные и набухающие гидрофильные участки, которые образуют ламеллярную или пузырьковую кейдж-структуру. Структурирующий агент, как правило, является поверхностно-активным веществом или, конкретнее, эмульгатором, который присутствует в количестве от около 0,05 до 2 мас.% от массы жидкой матрицы. Наиболее предпочтительным структурирующим агентом является термически, физико-химически или механически предварительно обработанный полиэфир глицерина и жирных кислот (PGE), который присутствует по отношению к массе жидкой матрицы в количестве от около 0,1 до 2,5%.

Жидкая матрица возможно включает загуститель в количестве, достаточном для обеспечения увеличенной вязкости жидкой матрицы, в целях способствования удержанию матрицы и пузырьков газа в ламеллярной кейдж-структуре. Модификатор вязкости может быть углеводом в количестве от около 5 до 45 мас.% от жидкой матрицы, растительным или молочным белком в количестве от около 5 до 20 мас.% от жидкой матрицы, полисахаридом в количестве от около 0,1 до 2 мас.% от жидкой матрицы или их смесью. Предпочтительно углевод в случае присутствия является сахарозой, глюкозой, фруктозой, кукурузной патокой, лактозой, мальтозой или галактозой и присутствует в количестве от около 20 до 35 мас.% от жидкой матрицы, растительный или молочный белок в случае присутствия является соевым, сывороточным или молочным белком в количестве от около 10 до 15 мас.% от жидкой матрицы, и полисахарид в случае присутствия является гуаровой камедью, камедью бобов рожкового дерева, каррагенаном, пектином или ксантановой камедью в количестве от около 0,05 до 1,25 мас.% от жидкой матрицы.

Настоящее изобретение также относится к вспененной системе доставки, которая включает добавку, но в которой описанные здесь пены поддерживаются при температуре ниже вызывающей затвердевание или замерзание жидкой матрицы. Как ни удивительно, затвердевшая или замороженная матрица не включает замороженные кристаллы жидкости, имеющие средний диаметр Х_50,0 в 50 мкм или более, а пена остается достаточно устойчивой, чтобы быть способной доставлять добавку, даже после многократных термических ударов.

Другое воплощение изобретения относится к способу создания вспененной системы доставки, которая содержит устойчивую пену, содержащую жидкую матрицу, газовые пузырьки и структурирующий агент, который образует ламеллярную/пузырьковую кейдж-структуру без образования геля, придающего резинистую консистенцию, при котором ламеллярная кейдж-структура захватывает, по меньшей мере, существенную часть пузырьков газа и жидкой матрицы для удерживания пузырьков газа и жидкости в достаточно плотной структуре, которая по существу предотвращает дренаж жидкой матрицы и слияние и расслоение газовых пузырьков для обеспечения стабильности пены даже в случаях, когда пена подвергается термическому удару, и при котором происходит связывание добавки с пеной для образования системы доставки.

Опять-таки возможно использование любых добавок из имеющегося широкого разнообразия, включая питательный компонент, лекарственный компонент, косметический компонент, ароматический компонент или другой обладающий специфической функциональностью компонент. Они могут вводиться в пену в форме капелек жидкости, инкапсулированного материала или твердых частиц. Как правило, эти добавки предназначаются для введения в систему доставки до образования пены. Например, когда добавка является растворимой в жидкой матрице, она может вводиться посредством растворения в жидкой матрице до образования пены. Когда добавка нерастворима в жидкой матрице, она может быть суспендирована и диспергирована в жидкой матрице до образования пены.

При объединении со структурой устойчивой пены значительно улучшаются распределение и высвобождение добавки в ходе применения. Это происходит благодаря тому, что во время механической обработки в условиях применения, например размазывания по коже (косметические препараты) или сдвиговых воздействий между языком и небом (пища), расслоение/высвобождение газовой фракции поддерживает образование однородных и тонких слоев жидкости из пены, и, таким образом, обеспечивается тесный контакт тонкого слоя с поверхностями (кожи, языка). Это улучшает быстрый массоперенос функциональных добавок (лекарственного препарата на кожу, вкусоароматического вещества на язык).

Другое воплощение этого способа содержит, кроме того, образование системы доставки из твердой пены поддерживанием пены при температуре ниже вызывающей затвердевание или замерзание жидкой матрицы, при котором затвердевшая или замороженная матрица не включает замороженные кристаллы жидкости, имеющие средний диаметр X_50,0 в 50 мкм или более, и при котором, кроме того, после многократных термических ударов пена остается достаточно устойчивой, чтобы быть способной доставлять добавку.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания сущности и преимуществ изобретения, а также относящихся к нему преимуществ по сравнению с существующим уровнем техники, следует обратиться к нижеследующему описанию, взятому в соединении с прилагаемыми фигурами, обеспечивающими иллюстративное сопровождение изобретения и связанных с изобретением показателей, при этом:

Фиг.1 - диаграмма распределения по размерам пузырьков воздуха, полученных с помощью обычного устройства для диспергирования пузырьков.

Фиг.2 - график распределения по размерам воздушных пузырьков пены, полученной в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения.

Фиг.3 - гистограмма, представляющая 10-й, 50-й и 90-й процентиль диаметров пузырьков для трех различных воплощений способа/устройства аэрирования по изобретению.

Фиг.4 - график, представляющий ширину распределения по размерам пузырьков или его «узость» для трех различных воплощений способа/устройства аэрирования по изобретению.

Фиг.5А и 5В представляют полученные с помощью электронного сканирующего микроскопа микрофотографии ламеллярных кейдж-структур пены по изобретению.

Фиг.6 - график, демонстрирующий функциональную зависимость объема ламеллярной фазы от концентрации добавленного способствующего набуханию вещества.

Фиг.7 - технологическая схема, представляющая этапы получения пены в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.8 представляет конечный продукт, полученный при изменении в ходе получения пены в порядке следования этапа нагревания (I) и этапа регулирования pH (II), при котором обратный порядок (II, затем I) приводит к явному разрушению структуры без образования пены.

Фиг.9 - фотография двух пробирок, позволяющая сравнить дренажные характеристики пены согласно изобретению с пеной традиционного шербета.

Фиг.10 - график изменения диаметра пузырьков пены, подвергнутой термическому удару, с Фиг.10А, являющейся микрофотографией пузырьков до термического удара, и Фиг.10В, иллюстрирующей пузырьки после термического удара.

Фиг.11 - график, демонстрирующий поведение пены согласно изобретению при термическом ударе.

Фиг.12 - схематический чертеж первого воплощения (Тип 1) аэрирующего устройства по изобретению, показывающий осевое сечение устройства с мембраной, установленной на поверхности внутренней вращающейся части (то есть цилиндра), и представленными на Фиг.12А и Фиг.12 В увеличенными изображениями сечения зазора, показывающими компактные газовые образования на поверхности мембраны.

Фиг.13 - схематический чертеж второго воплощения (Тип II) аэрирующего устройства по изобретению, показывающий осевое сечение устройства с мембраной, установленной на поверхности внешней неподвижной части (цилиндрического корпуса), и увеличенным изображением сечения зазора (Фиг.13А), показывающим газовые струйки, выбрасываемые из мембранной поры в зазор.

Фиг.14А представляет ортогональное по отношению к оси вращения сечение устройства с Фиг.12-13, демонстрируя эксцентрическое взаиморасположение вращающейся внутренней части и корпуса; Фиг.14В иллюстрирует сечение, параллельное оси вращения.

Фиг.15А показывает ортогональное по отношению к оси вращения сечение устройства с Фиг.12-13, демонстрируя концентрическое взаиморасположение вращающейся внутренней части и корпуса с закрепленной на корпусе аэрирующей мембраной и профилированной поверхностью вращающейся внутренней части (то есть цилиндра); Фиг.15 В иллюстрирует сечение, параллельное оси вращения.

Фиг.16 - график функции распределения размера пузырьков воздуха q_o(x) (например, распределение плотности) после дисперсионной обработки в новом мембранном устройстве В-типа II с мембраной, установленной на неподвижном корпусе.

Фиг.17 - график функции распределения размера пузырьков воздуха q_o(x) (например, распределение плотности) после дисперсионной обработки в мембранном устройстве типа II при тех же условиях, что и с устройством В-типа I.

Фиг.18 - график функции распределения размера пузырьков воздуха q₀(x) (например, распределение плотности) после дисперсионной обработки в обычном роторно-статорном устройстве при тех же условиях, что и с устройствами В-типа I и II.

Фиг.19 - график, демонстрирующий функциональную зависимость среднего диаметра пузырьков X_50,0 (средняя величина распределения объема пузырьков, q₃(х)) как функции диспергированного газа при 30 объемных долях для модельной рецептуры NDA-1, аэрированной с помощью двух различных воплощений способа: мембранного способа/устройства с мембраной, установленной на вращающемся внутреннем цилиндре (В-тип I), и мембранного способа/устройства с мембраной, закрепленной на корпусе, и вращающимся внутренним сплошным цилиндром с гладкой поверхностью (В-тип II); условия: рецептура NDА-1, зазор: 0,22 мм, число оборотов в минуту: 6250).

Фиг.20 - график, демонстрирующий функциональную зависимость среднего диаметра пузырьков Х_50,0 (средняя величина распределения объема пузырьков, q₃(х)) как функции объемной плотности энергии (энергия, подводимая к единице объема жидкости) для непрерывной текучей жидкофазной рецептуры NMF-2 (2а и 2b сопоставимы), аэрированной двумя различными способами: обычным, с использованием роторно-статорного смесителя с входящими в зацепление штифтами, обеспечивающим поток с турбулентными характеристиками (А), и новым мембранным способом/устройством с мембраной, установленной на вращающемся внутреннем цилиндре (В-тип I).

Фиг.21 - график функции распределения размера пузырьков воздуха q₀(x) (распределение плотности) после дисперсионной обработки в новом мембранном устройстве с мембраной, установленной на неподвижном корпусе, и вращающимся внутренним цилиндром с профилированной поверхностью (условия: рецептура NDA-1, зазор: 0,22 мм, число оборотов в минуту: 6250, объемная доля газа 0,5).

Осуществление изобретения

В следующем ниже описании применяется ряд определений, используемых для определения изобретения и понимания элементов его новизны.

Термин «термический удар» для целей настоящего изобретения означает изменение в состоянии пены от твердого до жидкого или полужидкого состояния, или наоборот, вызываемое нагреванием от температуры, при которой матрица является замороженной, к температуре, при которой матрица становится жидкой или полужидкой, или охлаждением от температуры, при которой матрица является жидкостью, к температуре, при которой матрица оказывается замороженной или твердой.

Термин «устойчивость к термическому удару» для целей настоящего изобретения означает способность пены сохранять стабильность, когда она подвергается одному или нескольким явлениям термических ударов. Как правило, это означает, что пена по существу сохраняет размер пузырьков и распределение размера пузырьков после воздействия термического удара, то есть пузырьки не сливаются и структура пены не ухудшается.

Настоящее изобретение относится к новой многофункциональной устойчивой пене, а также к способам изготовления такой пены и к продуктам, включающим или содержащим новую пену. Данная пена является уникальной композицией газовых пузырьков в матрице, добавление к которой некоторых дополнительных компонентов приводит к новой и уникальной ламеллярной кейдж-структуре, способствующей стабилизации пузырьков в пене.

В зависимости от желательного применения пены, могут использоваться пузырьки, приготовленные из любого газа. Для большинства применений газовые пузырьки готовятся из воздуха, но если желательно, газ может быть любым, являющимся инертным или по меньшей мере нереакционно-способным по отношению к жидкости матрицы и к предполагаемым для включения в матрицу или пену компонентам. Обычно предпочитаются, например, азот, кислород, аргон, двуокись азота или их смеси, хотя для отдельных применений пены могут использоваться водород, гелий или другие подобные газы. Мелкие пузырьки пены присутствуют в жидкой матрице, содержащей некоторые полезные добавки, которые поддерживают и сохраняют структуру пены, невзирая на воздействие различных температур в пределах от тех, которые вызывают замораживание матрицы, до тех, которые вызывают ее нагревание лишь чуть ниже точки кипения матрицы.

Жидкость, используемая для получения матрицы пены, может также широко изменяться в зависимости от желательного типа пены и ее конечного применения. Самой широко распространенной и удобной для этих целей жидкостью является вода, хотя может использоваться и любая другая жидкость, которая является полярной и нереакционно-способной по отношению к газовым пузырькам и составным частям матрицы. Поскольку основным применением пены должна быть сфера потребления, газ и жидкость должны быть нетоксичными для потребления человеком.

Матрица обычно содержит жидкость и включает структурирующий агент, который образует ламеллярную или пузырьковую кейдж-структуру без образования геля, придающего пене резинистую консистенцию. Ламеллярная кейдж-структура захватывает, по меньшей мере, существенную часть газовых пузырьков и жидкой матрицы с тем, чтобы удерживать пузырьки газа и жидкость в достаточно плотной структуре, которая по существу предотвращает дренаж жидкой матрицы и слияние и расслоение пузырьков газа для обеспечения стабильности пены даже в случаях, когда пена подвергается многократным термическим ударам.

Выражение «по существу предотвращает дренаж» для целей настоящего изобретения означает, что из пены при выдерживании ее в контейнере в течение 24 часов при температуре окружающей среды вытекает не более 5% жидкости. Также выражение «по существу сохраняет стабильность» означает, что пена может быть подвергнута одному или большему количеству резких температурных колебаний в форме термического удара без утраты своей структуры. Это означает, что пена может быть заморожена, расплавлена или перетоплена с сохранением своей структуры. Например, для продукта в виде мороженого, которое является предпочтительным воплощением изобретения, это означает, что продукт может подвергаться замораживанию и повторному замораживанию без образования кристаллов льда таких размеров, которые могли бы придавать продукту неприятные качества.

Жидкая матрица предпочтительно содержит полярную жидкость, газ является азотом, кислородом, аргоном, двуокисью азота или их смесями, газовые пузырьки имеют достаточно малый средний диаметр и расположение в ламеллярной кейдж-структуре достаточно тесное, чтобы при воздействии на пену температур ниже температуры замерзания жидкой матрицы препятствовать образованию в жидкой матрице замороженных кристаллов со средними диаметрами X_50,0 в 50 мкм или более. Предпочтительно жидкая матрица содержит воду, газ является воздухом, газовые пузырьки имеют средний диаметр X_50.0, составляющий менее 30 мкм, и располагаются с промежутками менее 30 мкм, а пена имеет величину коэффициента распределения пузырьков по диаметру X_90,0/Х_10,0 менее 5. Более предпочтительно газовые пузырьки имеют средний диаметр X_50,0, составляющий менее 15 мкм, и расположены с промежутками менее 15 мкм, а пена имеет коэффициент распределения пузырьков по диаметру Х_90,0/ Х_10,0 менее 3,5 и, более конкретно, между 2 и 3.

Подходящий структурирующий агент, как правило, содержит амфифильное соединение или материал, который включает гидрофобные и набухающие гидрофильные участки, которые образуют ламеллярную или пузырьковую кейдж-структуру. Структурирующий агент часто является эмульгатором, который присутствует в количестве от около 0,05 до 2,5 мас.% от массы жидкой матрицы. Предпочтительный структурирующий агент содержит термически, физико-химически (то есть с применением к молекулам «обработки заряда»: явно выраженный суммарный заряд при нейтральном pH перед этапом нагревания и нейтрализация зарядов при пониженном pH и/или посредством увеличения содержания ионов солей перед взбиванием) или механически предварительно обработанный полиэфир глицерина и жирных кислот ("PGE") и присутствует в количестве от около 0,1 до 1,5 мас.% от жидкой матрицы. Эфир обрабатывается для обеспечения улучшений ламеллярной/пузырьковой кейдж-структуры, направленных на удерживание в ней газовых пузырьков и жидкой матрицы, и такая обработка особенно полезна, когда требуется или желательна пена из очень мелких пузырьков газа. Это может обеспечиваться добавлением способствующего набуханию вещества, такого как неэтерифицированные жирные кислоты, которые вызывают набухание слоев и образование крупных пор.

Другие подходящие структурирующие агенты включают стабилизаторы и обычные эмульгаторы, при этом любое выбранное из этого широкого многообразия вещество может использоваться как индивидуально, так и в различных комбинациях. Количество эмульгатора не является критическим, но, как правило, удерживается на относительно низком уровне. Предпочтительным является PGE, поскольку обладает контролируемой степенью набухания, что делает возможным управление образованием кейдж-структуры до уровня, желательного для выбранного размера пузырьков и предполагаемого применения пены. Поскольку регулируемыми в отношении обеспечения различных взаимодействий заряженных молекул в межслойном пространстве (добавлением жирных кислот, соли и/или понижением рН) могут быть и другие эмульгаторы, на основе стандартных испытаний может быть подобран ряд других подходящих эмульгаторов, например моно- или триглицериды. Также стандартным образом могут определяться и относительные количества, однако в целом было найдено, что используемые количества должны быт