Способ и устройство для изготовления аэрированного пищевого продукта и продукт, полученный с их использованием

Способ и устройство для изготовления аэрированного пищевого продукта и продукт, полученный с их использованием

Реферат

Включение в продукт пузырьков газа, известное также как аэрирование, оказывает воздействие на текстуру пищевого продукта. Обычно такой продукт имеет более легкую текстуру по сравнению с неаэрированными продуктами и во многих случаях аэрированные продукты также имеют более приятный и легкий вкус. Вследствие включения в них пузырьков газа аэрированные продукты также имеют более низкую калорийность на единицу объема по сравнению с неаэрированными продуктами. Это важное свойство, в частности, для высококалорийных продуктов, таких как шоколад и жиросодержащие пищевые продукты. Хотя известно множество аэрированных продуктов, они вообще говоря неудовлетворительны, в частности, с точки зрения текстуры.

Например, аэрированный шоколад, представленный на рынке в течение длительного времени. При этом аэрированный шоколад имеет до некоторой степени уникальную структуру с пузырьками газа порядка нескольких миллиметров. Ввиду этого аэрированный шоколад представляет собой альтернативу традиционному неаэрированному шоколаду вместо более легкой его версии.

Несмотря на то что такие аэрированные продукты обладают некоторым рыночным потенциалом, по существу они нежелательны. Напротив, вместо более крупных пузырьков гораздо более желательно было бы обеспечить аэрированные продукты с пузырьками газа, практически неразличимыми невооруженным глазом. Такие продукты в дальнейшем будут называться микропористыми и являются очень желательными, поскольку по своей текстуре очень близки к неаэрированным продуктами. Однако они содержат меньше калорий на единицу объема.

Получение пищевых продуктов, таких как шоколад, с микроскопически малыми и однородными пузырьками труднодостижимо. Способы уровня техники, направленные на получение мелких однородных пузырьков, успешны только частично как в рамках требуемых усилий, так и по результатам.

В США 5238698 описывается способ получения свободного от сахарозы аэрированного шоколада. В этом способе шоколадную композицию непрерывно подают в питатель под давлением и при температуре от около 30 до 45°C. Шоколадную композицию выдерживают под давлением и перекачивают через серию статических смесительных элементов после инжектирования инертного газа. Затем повторяют инжекцию газа и обработку на дополнительных смесительных элементах, потом газосодержащую шоколадную композицию перекачивают в отсадное устройство, которое также поддерживают под давлением от 0,3 до 0,5 мПа (от 3 до 5 бар). Затем все еще находящуюся под давлением шоколадную массу отсаживают в формы и сбрасывают давление с получением пористой структуры.

Недостатком способа является получение достаточно крупных пузырьков и вообще говоря снижение плотности ограничено. Конечно, существует связь между размером пузырьков и достигаемым снижением плотности. Материалы с более крупными пузырьками имеют большую тенденцию к разрушению пузырьков по сравнению с малыми пузырьками. Следовательно, в случае, когда увеличивается количество крупных пузырьков, повышаются потери пористой структуры.

Другой способ получения аэрированных пищевых продуктов описан в WO 02/013618. Способ по этому документу также основан на комбинации инжекции газа и статических смесителей. В результате в шоколаде вновь получают крупные пузырьки со средним размером 0,7 мм. Более мелкие пузырьки размером 0,2 мм получают только в маленьких кусочках.

Это показывает, что получение аэрированных пищевых продуктов с микропористой структурой очень затруднительно. Отчасти также из-за того факта, что для получения очень маленьких пузырьков способы по предшествующему уровню техники предлагают более интенсивное смешивание. Однако это также означает, что к продукту прилагается большее количество энергии, что в свою очередь может вызвать изменения в структуре продукта из-за генерированного тепла и/или высокого сдвигового усилия (WO 2002/013618).

В EP 0 730 826 описывается способ получения смеси твердых частиц, диспергированных в непрерывной жировой фазе. Этот способ включает стадию смешивания, в которой твердые частицы в липидах смешивают с получением смеси, и затем проводят стадию измельчения, на которой твердые частицы измельчают. Перед стадией измельчения вводят микронизированные пузырьки с использованием микропористого диффузора. Однако в случае EP 0 730 826 микронизированные пузырьки не остаются в продукте. Они служат только для удаления нежелательных летучих веществ на последующей стадии измельчения.

С учетом этого уровня техники существует потребность в усовершенствованном способе изготовления аэрированного пищевого продукта. Таким образом, настоящее изобретение не ставит своей задачей по существу получение аэрированного пищевого продукта, а в первую очередь пищевого продукта с микропорами, так чтобы поры или пузырьки газа были очень мелкими и равномерно распределенными без ухудшения свойств продукта. Следовательно, настоящее изобретение относится к способу, в котором может быть получена микропористая структура при слабом механическом воздействии и слабом термическом стрессе, оказываемом на продукт. Дополнительно настоящее изобретение относится к получению таких продуктов, которые содержат твердые частицы. Также настоящее изобретение относится к устройству для получения пищевого продукта с микропорами.

Указанные выше объекты достигаются способом по изобретению. Согласно способу по изобретению пузырьки газа вводят в обрабатываемую пищевую среду введением пищевого или инертного газа через по меньшей мере один микропористый диффузор. Полученную таким образом смесь газа и пищевого продукта затем перемешивают статическим смесителем.

При использовании этого способа настоящее изобретение позволяет получить аэрированные пищевые материалы, в частности пищевые продукты с микропорами со значительным снижением плотности по сравнению с неаэрированными пищевыми продуктами при незначительном изменении в текстуре или вкусе. Дополнительно способ по изобретению подходит для промышленного производства. Следовательно, настоящее изобретение относится к очень продуктивному способу и полезному продукту.

Способ по изобретению иллюстрирован на Фигуре 1. Для ясности пропорции элементов устройства не соблюдены на этой Фигуре.

На Фигуре 1 показан способ по изобретению, примененный для получения аэрированного шоколада. В темперирующей машине (1) шоколад темперируют и затем при использовании насоса (2) подают в статический смеситель (5). Перед статическим смесителем инертный газ, такой как азот, подают из устройства питания инертным газом (3) в поток шоколада при использовании микропористого диффузора (4). Ниже по потоку из статического смесителя шоколад может быть доставлен в отсадочную головку или систему (6) для заполнения в формы, контейнеры или аналогичное им. Расположение насоса или насосов в случае, когда используют более одного насоса, в способе не ограничено при условии, что при осуществлении способа происходит перекачивание среды пищевого материала.

Тип пищевого продукта, который может быть аэрирован по изобретению, по существу не ограничен. Способ по изобретению позволяет работать с любой пищевой средой, физические свойства которой позволяют удержать пузырьки газа в среде матрицы.

Обычно, пищевой продукт по изобретению представляет собой пищевой продукт, который может быть подан внутри продуктопровода. Способ по изобретению может быть применен к различным пищевым продуктам, таким как, например, шоколад, экстракт кофе, сливочный сыр, плавленый сыр, другие молочные продукты, кетчуп, арахисовое масло наряду с хлебобулочными изделиями.

Вязкость пищевой среды перед введением газа через микропористый диффузор обычно составляет от 1 до 200 Па·с и предпочтительно от 1 до 60 Па·с.

Предпочтительные продукты представляют собой шоколад и сливочный сыр.

Рецептуры хорошо известны из уровня техники и из официальных стандартов идентичности для шоколада и шоколадных продуктов.

Здесь ниже приведена традиционная рецептура молочного шоколада, использованного в экспериментах.

Ингредиент	Вес.%
Сахар	35,0-40,0
Какао-масло	15,0-20,0
Какао тертое	12,0-17,0
Обезжиренное сухое молоко	6,5-11,5
Сладкая сухая сыворотка	5,0-10,0
Молочный жир	0,0-5,0
Паста из фундука	0,0-1,0
Лецитин	0,0-0,5

Пищевой продукт по изобретению может включать твердые частицы, такие как орехи, овощи или аналогичное им, для смешивания с продуктом. Обычно орехи, изюм и кукурузные хлопья подходят для применения в шоколаде и для сливочного сыра подходят овощи, такие как перец горошком или шнитт-лук.

Нет существенных ограничений в этом отношении при условии, что материалы частиц имеют такие размер и форму, которые позволяют им проходить статический смеситель, без ухудшения или препятствования работе смесителя.

Газ по изобретению представляет собой инертный газ, приемлемый для применения в пищевых продуктах. В частности, в настоящем изобретении может быть использован воздух, азот, диоксид углерода наряду с инертными газами, такими как аргон. Предпочтительные газы представляют собой азот и диоксид углерода. При выборе газа следует учитывать, что продукты с высокой активностью воды могут более легко растворять диоксид углерода по сравнению с азотом. Растворенный диоксид углерода может подкислить продукт. Дополнительно в пищевую среду могут быть добавлены газообразные пищевые добавки или компоненты, такие как ароматизаторы и тому подобное, в форме микроскопических капель через микропористый диффузор для более равномерного распределения вкуса и аромата.

Газ вводят при использовании микропористого диффузора. Такие диффузоры известны из уровня техники, например из EP 0 730 826, EP 1 932 649, EP 1 717 008, WO 06021375, США 6 593 384 и тому подобное.

Такие диффузоры обычно используют при получении микропористых полимеров.

Наиболее традиционной формой микропористого диффузора для газа является относительно тонкий длинный полый цилиндр. Такая форма диффузора упрощает введение диффузора внутрь продуктопровода и не препятствует потоку продукта. Однако подходящей для диффузора является любая другая форма, приспособленная для равномерного распределения пузырьков газа в продукте.

Для пищевых продуктов по изобретению эти диффузоры не нуждаются в специальной адаптации. Обычно подходит любой диффузор при условии, что он в некоторой степени проницаем для газа, что позволяет ввести достаточное количество газа в поток пищевого продукта для заданного снижения плотности.

Обычно предпочтительны микропористые диффузоры с размером пор от 0,1 до 20 мкм, предпочтительно от 0,2 до 10 мкм и наиболее предпочтительно от 0,3 до 5 мкм. Диффузоры могут быть изготовлены из металлокерамики и могут быть покрыты защитным покрытием. Однако также могут быть использованы другие металлокерамические и/или пористые материалы, разрешенные для использования в пищевой промышленности.

Давление, требуемое для введения газа в поток пищевого продукта, зависит от типа газа, типа продукта наряду с пористостью диффузора и распределением размера пор. Это также определяется заданным размером пор и объемом фракции газа в готовом продукте. Обычно при применении в области пищевой промышленности давление составляет от 0,05 до 2,0 мПа (от 0,5 до 20 бар) перед микропористым диффузором и предпочтительно от 0,6 до 1,0 мПа ( от 6 до 10 бар). Однако для конкретных применений, например инжекции газа в экстракт кофе, требуемое давление может составлять от 5,0 до 30,0 мПа (от 50 до 300 бар), предпочтительно от 8,0 до 12,0 мПа (от 80 до 120 бар).

Объем фракции газа, введенной в пищевой продукт, зависит от конкретного применения и обычно составляет от 5 до 75 об.%, предпочтительно от 5 до 40 об.% и наиболее предпочтительно от 10 до 30 об.%.

Давление в продуктопроводе ниже диффузора регулируется средствами, известными в области техники, к которой относится настоящее изобретение, такими как механический клапан, пневматический запорный клапан и тому подобное, во избежание быстрого падения давления от диффузора до точки выгрузки.

Затем смесь газа и пищевого продукта подвергают перемешиванию в статическом смесителе. Смесители такого типа известны из уровня техники и коммерчески доступны. Конкретный тип смесителя зависит от вязкости и состава смеси, но для большинства применений в пищевой промышленности предпочтительнее использовать статический смеситель с пересекающимися лопастями.

Статический смеситель служит для перемешивания смеси газа и пищевого продукта и снижает в целом размер пор. Количество перемешивающих элементов обратно пропорционально соотношению «добавки к основному потоку среды», то есть при более низком соотношении требуется большее количество перемешивающих элементов. Корреляция между количеством перемешивающих элементов и составом смеси хорошо известна специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение.

Не требуется, чтобы температура потока пищевого продукта при введении газа и при его обработке в статическом смесителе была одной и той же. Однако удобно проводить обе стадии при одинаковой температуре. Обычно выбирают такую температуру, при которой может быть абсорбировано достаточное количество газа, без негативного воздействия на продукт. Следовательно, для шоколада, например, важно поддерживать температуру от 27°C до 34°C, поддерживая шоколад, таким образом, в темперированном состоянии, что позволяет в дальнейшем избегать жирового поседения. Продукты с высоким содержанием белка редко подвергают обработке при температуре выше 40°C. Обычно температура составляет от 15°C до 60°C для обоих, как для введения газа, так и для статического перемешивания.

Температура продукта может быть отрегулирована ниже статического смесителя для достижения заданных свойств продукта при отсадке, например, на вязкость продукта большое воздействие оказывает температура отсадки.

Обычно предпочтительно проводить отсадку при низкой температуре, обычно такая низкая температура, как 30°C или менее, например, 25°C или менее или даже 15°C или менее, приводит к более высокой вязкости продукта, что улучшает удержание пузырьков газа. Из уровня техники хорошо известны различные отсадчики, которые могут быть использованы для облегчения отсадки при более низких температурах. В любом случае температура отсадки может быть оптимизирована специалистом в области техники, к которой относится настоящее изобретение, в зависимости от продукта и заданных свойств.

Как указано выше, настоящее изобретение направлено на получение продуктов с мелкими пузырьками газа и предпочтительно продуктов с микропористой структурой. Микропористая структура относится к пузырькам газа со средним размером 100 мкм или менее. Предпочтительно средний размер пузырьков составляет менее чем 50 мкм и наиболее предпочтительно средний размер пузырьков составляет от 5 до 30 мкм. В наиболее предпочтительных вариантах воплощения настоящего изобретения 90% пузырьков имеют размер от 10 до 50 мкм.

Размер пузырьков газа может быть установлен при использовании известных технологий, например, рентгеновской микротомографии.

Рентгеновская микротомография обеспечивает уникальные возможности для визуализации и измерения микроструктуры в двухмерном и даже трехмерном изображении. Это позволяет проводить измерения без разрушения и без трудоемкой подготовки.

Микрофокусное рентгеновское излучение облучает объект, и планарный детектор рентгеновского излучения собирает увеличенные проекции изображения. Рентгеновское изображение получают исходя из сотен изображений под углом, полученных во время вращения объекта. Реконструкцию проводят при использовании алгоритма Фелдкампа (Feldkamp). 3D-объект получают, последовательно добавляя реконструированные слои.

Спецификация устройства:

Название устройства: SkyScan 1172

Источник рентгеновского излучения: 20-100 киловольт (kV)

Детектор рентгеновского излучения: камера с 10 мегапикселями

Детальность определения: до 1 мкм в зависимости от расстояния между держателем образца и камерой

Максимальный размер объекта: 68 мм в диаметре

Измерение:

Получение образца:

Не требует приготовления. В виде исключения для достижения высокого разрешения следует уменьшить исходный размер образца. Каждый образец измеряют троекратно.

Анализ образцов (с программным обеспечением CTan 1.8)

Различные стадии анализа:

Перезагрузка данных восстановленного ряда изображений в памяти программного обеспечения для анализа.

Определение изучаемой области (ROI) или объема области (VOI) для оценки (ROI или VOI должны быть одинаковыми для всего набора образцов).

Получение бинарного изображения: Восстановленное изображение конвертируют в полутоновое изображение на основе разностей плотностей; исходя из выбора полутонового изображения могут быть определены различные структуры изображения.

Специализированная обработка: Программа идентифицирует все объекты в VOI (то есть воздушные пузырьки) и рассчитывает объем каждого объекта. Анализ пузырьков воздуха проводят при допущении, что все частицы сферические. Основываясь на показателе объема каждого пузырька воздуха, рассчитывают размер радиуса пор. По коэффициенту распределения пузырьки воздуха классифицируют по группам с различным радиусом пор, в которых количество пор суммируют. Объем распределения показывает пропорцию от общего объема различных классов пор.

Приближенное значение: Результат представляет среднее значение результатов трех анализов сканирований трех различных образцов.

Это стандартная процедура, не зависящая от устройства для рентгеновского излучения и программного обеспечения. Конечно, специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, следует понимать, что размер образца и количество пузырьков должны быть выбраны таким образом, чтобы они в достаточной мере представляли материал.

Продукт, полученный способом по изобретению, обычно содержит 30% или менее по объему газа. Предпочтительно объем фракции газа составляет менее 25% и наиболее предпочтительно составляет от 10 до 25%. Наилучшие результаты получают при комбинировании указанных выше предпочтительных объемов газа и предпочтительных размеров пор.

В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения дополнительно необходимо поддерживать параметры способа по линии вплоть до точки выгрузки отсадчиком, таким образом, чтобы избежать быстрого падения давления и больших изменений температуры. Любое из этого приводит к термодинамической нестабильности в системе и в результате к отклонению размеров пор от стандарта.

Дополнительно в способе для регулирования конечных результатов модификации способа и рецептуры могут быть использованы, например, трубы с различным сечением ниже устройства, трубы Вентури (Venturi), расположение пористого диффузора выше по линии, эмульгаторы и/или ингредиенты для изменения вязкости и тому подобное.

Настоящее изобретение относится к полезным пищевым продуктам, которые могут быть использованы как таковые. Также продукты по изобретению могут быть использованы как составная часть пищевых продуктов, например, с начинкой, со слоями или покрытиями. Конечно, также можно комбинировать один или более продукт, полученный способом по изобретению.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Для получения микропористых вафель, заполненных азотом и диоксидом углерода, используют устройство, включающее микропористый диффузор с размером пор 1-5 мкм и статический смеситель с перекрещивающимися ножами внутри продуктопровода DN25.

Для обоих газов удельная масса заполненных вафель снижается на 25% за счет пузырьков газа, неразличимых невооруженным глазом. Анализ распределения размера пузырьков газа демонстрирует, что размеры пор составляет от 20 мкм до 400 мкм.

Ингредиенты композиции заполненных вафель приведены в таблице ниже.

Ингредиент	Вес.%
Сахар	38,0
Специальный жир (Specialty fat)	36,0
Сухая сладкая сыворотка	15,0
Измельченный вафельный лист	8,0
Какао-порошок	2,94
Ароматизатор какао	0,05
Соевый лецитин	0,01

Сравнительный пример

Для получения вафель, заполненных азотом и диоксидом углерода, используют устройство, включающее только статический смеситель с перекрещивающимися ножами, для аэрирования той же самой рецептуры вафель. Статический смеситель устанавливают в продуктопровод с соответствующим сечением и камеру для инжекции газа с обратным клапаном располагают выше статического смесителя. Для обоих газов в результате способ приводит к снижению удельной массы более чем на 5% за счет тряски и неравномерной скорости выгрузки продукта, что указывает на неэффективную диффузию газа в пищевой среде, то есть присутствие больших карманов газа в заполненных вафлях.

1. Способ изготовления аэрированных пищевых продуктов, выбранных из шоколада, сливочного сыра и плавленого сыра, включающий стадии:I - введения газа через по меньшей мере один микропористый диффузор в поток обрабатываемой пищевой среды с получением смеси газа и обрабатываемой пищевой среды иII - подвергания смеси газа и обрабатываемой пищевой среды операции перемешивания в статическом смесителе,причем аэрированные пищевые продукты имеют средний размер пузырьков газа в интервале от 5 до 30 микрон ивязкость указанной обрабатываемой пищевой среды перед введением газа через микропористый диффузор находится в интервале от 1 до 200 Па·с.

2. Способ по п.1, в котором газ представляет собой пищевой газ, инертный газ, пищевой или инертный газ или их смеси.

3. Способ по п.1, в котором газ представляет собой пищевой ингредиент, такой как ароматизатор или подобная добавка.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором газ добавляют так, что аэрированный пищевой продукт содержит от 10 до 3 0 об.% газа.

5. Устройство для изготовления аэрированных пищевых продуктов, выбранных из шоколада, сливочного сыра и плавленого сыра, содержащее микропористый диффузор и статический смеситель, причем микропористый диффузор расположен по ходу перед статическим смесителем, так что газ может быть добавлен в пищевую среду через микропористый диффузор перед прохождением пищевой среды через статический смеситель.