ЗАМОРОЖЕННЫЙ АЭРИРОВАННЫЙ ПИЩЕВОЙ ПРОДУКТ, СОДЕРЖАЩИЙ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВОЛОКНА Российский патент 2012 года по МПК A23L1/00 A23G9/04 A23L1/534 

Изобретение относится к замороженному аэрированному пищевому продукту, имеющему взбитость по меньшей мере 30%, содержащему по отношению к общей массе замороженного аэрированного пищевого продукта от 0,001 до 10 мас.% поверхностно-активных волокон.

Поверхностно-активный агент или сурфактант является веществом, которое снижает поверхностное натяжение среды, в которой оно растворено, и/или поверхностное натяжение на границе раздела с другими фазами. Соответственно, оно положительно адсорбируется на поверхности раздела жидкость/газ и/или других межфазных поверхностях.

Поверхностно-активные агенты являются широко используемыми в промышленности веществами, например в пищевых продуктах, чистящих композициях и продуктах для личной гигиены. В пищевых продуктах, таких как жирные спреды или майонез, они используются для обеспечения эмульсий масляных и водных фаз.

В пищевых продуктах поверхностно-активные материалы обычно используются для приготовления эмульсий и способствования аэрированию. Пригодные для употребления в пищу эмульсии используются в качестве основы для многих типов пищевых продуктов. Композиции майонеза, например, содержат пищевые эмульсии типа масло в воде, которые обычно содержат между 80 и 85 мас.% масла, а также яичный желток, соль, уксус и воду. Композиции майонеза нравятся многим потребителям, в частности, при использовании на сандвичах, в соусах, с рыбой и в других пищевых применениях. Масло, присутствующее в используемых в таких пищевых продуктах съедобных эмульсиях, обычно представлено в виде капелек, диспергированных в водной фазе. Особенности реологического поведения эмульсий, используемых для приготовления такого желательного пищевого продукта, как майонез или маргарин, обеспечиваются не только размером капелек и количеством диспергируемых капелек, но и плотностью упаковки капелек масла.

В мороженое поверхностно-активные агенты добавляются для эмульгирования жировой фазы, а также для аэрирования продукта во время процесса замораживания при воздействии сдвигового усилия. Как правило, в качестве основного аэрирующего агента используются молочные белки. Хотя аэрированию рецептуры мороженого легко поддаются при использовании обычного оборудования, стабильность воздушной фазы до некоторой степени зависит от температуры хранения. Если условия, при которых мороженое хранится или реализуется, выдерживаются недостаточно строго и температура может повышаться или оказывается подверженной колебаниям, это приводит к огрублению воздушной фазы. Потребителем при употреблении в пищу такой продукт может восприниматься как более холодный, более льдистый, быстрее плавящийся продукт, который менее желателен.

Поверхностно-активные агенты, которые обычно используются в пищевых применениях, содержат низкомолекулярные эмульгаторы, которые главным образом основываются на производных жирных кислот. Их примеры включают лецитины, моноглицериды (насыщенные и ненасыщенные), полисорбатные эфиры («твины»), сорбитановые эфиры («спаны»), полиглицериновые эфиры, моностеарат пропиленгликоля, стеариллактилаты натрия и кальция, эфиры сахарозы, эфиры моноглицеридов и органической кислоты (молочной, уксусной, винной, янтарной). Также для этих целей могут использоваться белки и другие поверхностно-активные биополимеры. Типичные примеры пищевых белков включают молочные белки (казеины и сывороточные белки), белок сои, яичный белок, белок люпина, белок гороха, пшеничный белок. Примеры других поверхностно-активных биополимеров включают аравийскую камедь, модифицированный поверхностно-активный пектин и крахмал, модифицированный OSA (октенилсукциниловый ангидрид).

Такие типичные поверхностно-активные агенты, как белки и эмульгаторы или жиры, которые используются для стабилизации аэрированных пищевых продуктов, очень хороши для обеспечения краткосрочной устойчивости пены (период от часов до дней), но не слишком пригодны для обеспечения долговременной устойчивости пены, которая главным образом лимитируется процессом диспропорционирования, при котором газ диффундирует от мелких к более крупным пузырькам, что приводит к огрублению пены и, в конечном счете, к полной потере воздуха. Этой проблемы можно частично избежать посредством желатинирования непрерывной фазы, но во многих случаях это приводит к нежелательным структурным изменениям. Было предположено, что посредством создания поверхностей раздела с очень высокой продольной упругостью можно полностью остановить процесс диспропорционирования, и один из предложенных способов реализации этого заключается в том, чтобы использовать поверхностно-активные коллоидные частицы.

Коллоидные частицы как поверхностно-активные агенты

В последнее время вновь пробудился интерес к исследованию применения твердых частиц в качестве эмульгаторов для дисперсных систем. В значительной мере эта активность была стимулирована исследованием Binks и сотрудников (Binks, В.P.Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2002, 7, 21), хотя принципы такой стабилизации высказывались по меньшей мере еще 100 лет назад (Ramsden, W. Proc. R. Soc. Лондон 1903, 72, 156).

При том, что имеются описания применения частиц для стабилизации эмульсий типов «масло в воде», «вода в масле» и двойных эмульсий, исследований по стабилизированных частицами пенам было выполнено намного меньше.

Самоассоциация частиц

Между областями устойчивой и неустойчивой дисперсии находится область самоассоциации, которая определяется как способность частиц без направления или руководства из внешних источников самоорганизовываться в новые структуры, способность, которая возникает главным образом благодаря действующим между частицами силам и которая требует наличия точного баланса между силами притяжения и отталкивания. Понятно, что если эти силы будут постоянно являться силами отталкивания, то дисперсия будет исключительно устойчивой, а частицы не будут самоорганизовываться. Если же эти силы всегда будут силами притяжения, то частицы будут флокулировать, а дисперсия станет неустойчивой. Этот же принцип применим и в отношении общей интенсивности сил: если взаимодействия будут слишком слабыми (намного меньше kT, тепловой энергии), то тепловые колебания разорвут самоассоциированные структуры. И наоборот, если взаимодействие будет слишком сильным (намного больше, чем kT), то образуются самоассоциированные структуры, приводящие к дестабилизации дисперсии, флокуляции и осаждению. Самоассоциация частиц может быть обратимой или необратимой, равновесной или неравновесной, то есть самоорганизованные структуры являются кинетически вовлекаемыми в метастабильное состояние.

В процессе самоассоциации компоненты должны иметь возможность двигаться относительно друг друга. Их стационарные положения приводят в равновесие силы взаимного притяжения и отталкивания. Некоторыми из наиболее известных сил являются:

- Электростатическое взаимодействие: коллоидные частицы часто несут электрический заряд и поэтому притягивают или отталкивают друг друга. Заряд как непрерывной, так и дисперсной фаз, а также подвижность фаз являются факторами, влияющими на это взаимодействие.

- Ван-дер-Ваальсовы силы: возникают вследствие взаимодействия между двумя диполями, которые являются постоянными или наведенными. Даже если частицы не имеют постоянного диполя, колебания электронной плотности порождают временный диполь в частице. Этот временный диполь индуцирует диполи в находящихся поблизости частицах. Временный диполь и индуцированные диполи затем притягиваются друг к другу. Это известно под названием Ван-дер-Ваальсовых сил, присутствующих всегда, близкодействующих и обычно являющихся силами притяжения.

Комбинация электростатических и Ван-дер-Ваальсовых сил обычно именуется силами DLVO, в то время как остальные силы называют нe-DLVO-силами. Некоторыми из наиболее известных нe-DLVO-сил являются:

- Отталкивание вследствие эффекта исключенного объема: силы, которые препятствуют любому перекрытию между твердыми частицами.

Пространственные силы между покрытыми полимером поверхностями или в растворах, содержащих неадсорбирующийся полимер, могут модулировать действующие между частицами силы, производя между ними дополнительную отталкивающую пространственно-стабилизирующую силу или ослабляющую стабилизацию силу притяжения.

- Близкодействующие силы образования водородной связи: молекулы, содержащие электроотрицательные атомы (О, N, F, CI) с присоединенным атомом водорода могут образовывать исключительно прочные близкодействующие (0,1-0,17 нм) и направленные связи, соответственно X-H···Y, где X обозначает первичную молекулу, a Y соответствует присоединенной молекуле. Этот тип связи объясняет структурные свойства воды/льда, сворачивание белка и образование двойной спирали ДНК. Вследствие их взаимодействия на очень малых расстояниях водородные связи иногда именуют клейкими взаимодействиями.

- Силы, вызываемые гидрофобными взаимодействиями: если попытаться диспергировать гидрофобные частицы или молекулы в воде, то для частиц энергетически более выгодным оказывается слипание между собой и минимизация площади контакта с водой. Это притяжение вызывается сильными опосредованными водородом взаимодействиями вода-вода, отталкивающими молекулы, которые мешают образованию водной структуры. Эффективный диапазон такого взаимодействия находится в пределах нескольких нанометров.

В зависимости от характера взаимодействия между этими силами коллоидная дисперсия может быть устойчивой, метастабильной или неустойчивой. Для удержания дисперсии частиц в метастабильном состоянии, делающем возможным самоорганизацию, можно использовать ряд способов:

- Снижение электростатического барьера, препятствующего агрегированию частиц. Это может быть достигнуто добавлением к суспензии соли или изменению pH суспензии для эффективной нейтрализации или «экранирования» поверхностного заряда частиц в суспензии. Это уменьшает силы отталкивания, которые удерживают коллоидные частицы в разделенном состоянии, и делает возможной коагуляцию вследствие действия Ван-дер-Ваальсовых сил.

- Добавление заряженного полимерного флокулянта. Полимерные флокулянты могут соединять индивидуальные коллоидные частицы под действием электростатических сил взаимного притяжения. Например, отрицательно заряженные частицы коллоидной окиси кремния могут быть флокулированы при добавлении положительно заряженного полимера.

- Добавление неадсорбирующихся полимеров, именуемых деплетантами, которые вызывают агрегирование вследствие проявления энтропийных эффектов.

При самоассоциации крупных компонентов (мезо- или макроскопических объектов) часто оказываются возможными подбор и регулирование взаимодействия, которое может включать (помимо упомянутых выше взаимодействий) гравитационное притяжение, действие внешних электромагнитных полей, капиллярные и энтропийный взаимодействия, которые в случае одиночных молекул не существенны (Whitesides и Grzybowski, Science, 295, 2002).

Поверхностно-активные частицы

Поверхностно-активные частицы - это частицы, которые могут самопроизвольно аккумулироваться на поверхности раздела или поверхности между непрерывной средой и второй фазой, например, между водой и маслом или воздухом и водой. При наличии на поверхности поверхностно-активных частиц и гидрофобных, и гидрофильных участков (в этом случае иногда именуемых янус-частицами) их химические свойства могут иметь гетерогенный характер, что сходно со свойствами сурфактантов, а сами частицы накапливаются на поверхности раздела, имея линию контакта по границе между участками. В случае, когда частицы имеют поверхность с однородными химическими свойствами, они аккумулируются на поверхности раздела благодаря их смачивающей способности, которая определяется трехфазным краевым углом смачивания Θ между частицей и фазой 1 (непрерывная фаза, в которой диспергированы частицы) и второй фазой 2, образующей поверхность раздела с фазой 1. В этом случае поверхностная активность, выражаемая как энергия десорбции (E_des), является функцией размера частиц R, поверхностного натяжения γ между фазами 1 и 2 и краевым углом смачивания частицы Θ, которая для случая сферических частиц определяется с помощью уравнения

ΔE_des=πR²γ(1±cosΘ)²

Из этой формулы следует, что максимальная энергия десорбции достигается при краевом угле смачивания в 90°. Несложная оценка показывает, что даже для очень малых частиц нанометрического размера и для типичных величин поверхностного/межфазного натяжения максимум этой энергии может превысить величины 10000 kT, где k - постоянная Больцмана и T - термодинамическая температура окружающей среды, выраженная в градусах Кельвина. Это сравнивается с показателями типичных молекулярных поверхностно-активных веществ, составляющими лишь несколько kT.

В результате преимущество стабилизации частиц состоит в том, что вытеснение однажды адсорбированной на поверхности раздела частицы оказывается почти невозможным. Это придает стабилизированным частицами эмульсиям и пенам превосходную устойчивость, особенно по отношению к действующим при созревании механизмам, таким как диспропорционирование.

При том, что известны применения частиц для стабилизации эмульсий типов «масло в воде», «вода в масле» и двойных эмульсий, исследований по стабилизированным частицами пенам было выполнено намного меньше. Отчасти это является следствием того, что хотя частицы потенциально могут иметь превосходную способность стабилизировать пену, дисперсии из сферических частиц обычно имеют очень низкую способность к пенообразованию при аэрировании с помощью обычных способов аэрирования, таких как встряхивание и взбивание.

Частицы в анизотропной форме (волокна) в качестве поверхностно-активных агентов

Более того, большинство последних исследований главным образом сосредоточилось на частицах с очень низким соотношением геометрических размеров (сферических частицах). Только недавно Alargova и др. продемонстрировали (Langmuir, 2006, 22, 765-774), что для обеспечения межфазной стабилизации эмульсий и пен могут применяться и частицы с высоким показателем соотношения геометрических размеров, такие как полимерные стержни из эпоксидной смолы. Они показали, что частицы могут иметь превосходную вспенивающую и стабилизирующую пену способность при условии, если они имеют подходящий краевой угол смачивания и высокую величину соотношения геометрических размеров. Способ получения таких полимерных стержней был изложен в WO-A-06/007393 (Государственный университет Северной Каролины), в котором раскрывается способ приготовления микростержней с применением в условиях внешнего сдвига метода истощения растворителя в двойной системе жидкость-жидкость. Способ растворения полимера в растворителе 1. Растворитель 1 также способен смешиваться с очень вязким растворителем 2, в то время как полимер не является растворимым в получающейся смеси растворителей 1 и 2. Затем капельки, содержащие раствор полимера в растворителе 1, последовательно вносятся в растворитель 2 при приложении сдвигового напряжения, такого, что капельки раствора полимера образуют микростержни, которые затвердевают вследствие убыли растворителя 1. Этот способ наглядно представляет образование полимерных стержневидных частиц, которые обладают полностью определяемыми свойствами полимера однородными поверхностными свойствами, то есть краевым углом смачивания между поверхностью раздела вода-воздух и твердым полимером. В этой связи является важным использование растворов полимеров, обладающих подходящей смачивающей способностью. Недостатком вышеупомянутого способа является то, что после приготовления этих частиц они приобретают не поддающиеся изменениям свойства, что не всегда может быть подходящим для определенных рецептур и применений. С удивлением было обнаружено, что эта проблема поддается решению при использовании в замороженных аэрированных продуктах поверхностно-активных волокон. Такие поверхностно-активные волокна могут обладать естественной поверхностной активностью или же они могут быть подвергнуты модифицированию для обеспечения поверхностной активности. Модифицирование (химическими и/или физическими способами) может быть выполнено до момента использования волокон в процессе приготовления замороженного аэрированного пищевого продукта и/или оно может быть осуществлено во время приготовления замороженного аэрированного пищевого продукта.

Применительно к настоящему изобретению поверхностно-активное волокно может быть волокном, которое обладает необходимой поверхностной активностью (как определено ниже) в силу его естественных свойств, или же оно может быть модифицированным волокном, которое подвергнуто модифицированию поверхностно-активными частицами. Также возможно модифицирование (поверхностно-активными частицами) волокна, которое является поверхностно-активным. Способы модифицирования описаны ниже.

Когда модифицирование происходит во время приготовления замороженного аэрированного пищевого продукта, обычно оно достигается в результате протекания процесса самоассоциации.

Процесс самоассоциации (как обозначено выше) протекает между компонентами двух типов: (i) поверхностно-активными частицами, которые могут обладать или не обладать предпочтительной волокноподобной геометрией (в качестве примера, имеющие сферическую или пластинчатую форму), и (ii) волокнами, которые могут не обладать поверхностной активностью (например, гидрофильными), которые затем могут самоорганизовываться при смешивании вследствие действующих между ними клейких взаимодействий или сил притяжения, которые естественным образом проявляются между частицами благодаря присущим их материалу внутренним свойствам. Например, частицы обоих типов готовятся из целлюлозного материала, который может образовывать притягивающие водородные связи.

В качестве варианта одна или обе частицы могут быть подвергнуты модифицированию так, чтобы они могли притягивать друг друга и самоорганизовываться (например, обе частицы делаются слегка гидрофобными, что приводит к самоорганизации вследствие гидрофобного взаимодействия, либо одна из частиц имеет небольшой отрицательный заряд, в то время как другая - небольшой положительный заряд).

Может быть так, что частицы только одного или же обоих типов уже обеспечивают хорошую способность к ценообразованию и обеспечению стабильности, в этом случае объединенная система, содержащая самоорганизованные агрегаты частиц, обладает способностью к пенообразованию и обеспечению стабильности, превосходящей эти качества индивидуальных компонентов.

Модифицирование волокон (для получения поверхностно-активных волокон) может быть осуществлено добавлением волокон и поверхностно-активных частиц в два этапа, или же оба компонента могут добавляться на одном этапе, а процесс может запускаться активацией (то есть аэрированием, перемешиванием и т.д.).

Преимущество указанного выше обнаружения состоит в том, что теперь становится возможным независимое дозирование частиц обоих типов, что позволяет изменять свойства самоассоциированного поверхностно-активного материала на месте применения. Важно понимать, что в зависимости от свойств частиц волокнистого типа самоассоциация может происходить на двух различных уровнях: в случае волокон, не обладающих поверхностно-активными свойствами, может наблюдаться более низкий уровень самоорганизации между поверхностно-активными (гидрофобными) частицами и гидрофильными волокнами, приводящий к агрегатам, в целом обладающим амфифильными свойствами, и второй, более высокий уровень самоорганизации на поверхности раздела газ/жидкость, который встречается в точках удержания газа (аэрирование), когда вначале адсорбируются поверхностно-активные частицы или их комплексы с волокнами, насыщая поверхность раздела, что в свою очередь благодаря взаимному притяжению с остающимися волокнами приводит к последующему межфазному присоединению и самоассоциации. В зависимости от своего размера единичное волокно может соединять несколько частиц. Поэтому при рассмотрении в совокупности волокна могут выступать в качестве каркаса для поверхности в целом или для межфазной границы. В случае, когда и волокна, и частицы являются поверхностно-активными, и, тем не менее, способными к самоорганизации, можно ожидать, что и те, и другие будут адсорбироваться на поверхности раздела и самоассоциироваться преимущественно на ней, образуя сетку из адсорбированных волокон и поверхностно-активных частиц, которые могут выступать в качестве связующего между стержнями. Очевидно, что в этом случае структура будет в значительной степени зависеть от относительных размеров и концентрации каждого из этих двух компонентов.

С удивлением было обнаружено, что замороженный аэрированный пищевой продукт, имеющий степень взбитости по меньшей мере 30% и содержащий по отношению к общей массе замороженного аэрированного пищевого продукта от 0,001 до 10 мас.% поверхностно-активных волокон с величиной соотношения геометрических размеров от 10 до 1000, имеет превосходные суммарные свойства.

Степень аэрирования обычно определяется в терминах «взбитости», которая рассчитывается как:

взбитость в %=((масса смеси - масса аэрированного продукта)/масса аэрированного продукта)×100,

где величины массы относятся к фиксированному объему продукта/смеси. Взбитость измеряется при атмосферном давлении.

Замороженный аэрированный пищевой продукт согласно настоящему изобретению показывает очень хорошую стабильность воздушной фазы, как в отношении удерживаемого объема воздуха, так и в отношении сохранения устойчивости пузырьков. Также является возможным применение жидких масел, таких как подсолнечное масло, и несложное получение замороженного аэрированного пищевого продукта, обладающего хорошей стабильностью. Обычные, широко используемые эмульгаторы простоты получения не обеспечивают. Под жидкими маслами применительно к настоящему изобретению подразумевается, что по меньшей мере 50 мас.% масла при температуре потребления являются жидкостью.

Замороженный аэрированный пищевой продукт также демонстрирует хорошую стабильность воздушной фазы, в частности, когда подвергается воздействию ненадлежащих температурных условий. Замороженный аэрированный продукт согласно настоящему изобретению очень устойчив в том, что касается хранения и температурных изменений, а также демонстрирует хорошие свойства таяния. Также возможно замораживание пищевого продукта согласно настоящей заявке спустя некоторое время после проведения процесса аэрирования. Это означает, что продукт может транспортироваться, не будучи замороженным (без потери его формы).

В этой связи настоящее изобретение относится к замороженному аэрированному пищевому продукту, имеющему степень взбитости по меньшей мере 30%, содержащему по отношению к общей массе замороженного аэрированного пищевого продукта от 0,001 до 10 мас.% поверхностно-активных волокон с величиной соотношения геометрических размеров от 10 до 1000 и имеющему превосходные суммарные свойства.

Предпочтительно замороженный аэрированный пищевой продукт согласно настоящему изобретению содержит по отношению к общей массе замороженного аэрированного пищевого продукта от 0,01 до 10 мас.% поверхностно-активных волокон.

Предпочтительный замороженный аэрированный пищевой продукт содержит по отношению к общей массе замороженного аэрированного пищевого продукта от 0,01 до 8 мас.%, более предпочтительно от 0,01 до 5 мас.% по меньшей мере одного поверхностно-активного материала.

Под понятием «волокно» подразумевается любая нерастворимая, имеющая форму частицы структура, в которой соотношение между длиной и диаметром охватывает диапазон от 10 до бесконечности. «Нерастворимая» означает нерастворимая в воде. Диаметр обозначает наибольшее расстояние поперечного сечения. Под длиной и диаметром подразумеваются средние величины длины и диаметра в том виде, в каком они могут быть определены (электронным) микроскопическим анализом, атомно-силовой микроскопией или светорассеянием. Топология волокон может быть линейной или разветвленной (звездообразной). Величина соотношения геометрических размеров в этом случае определяется как величина соотношения геометрических размеров самого длинного ответвления.

«Поверхностно-активные волокна» применительно к настоящему изобретению могут быть немодифицированными волокнами или волокнами, модифицированными поверхностно-активными частицами (которые являются продуктом ассоциации поверхностно-активных частиц и волокон).

Волокна, используемые в настоящем изобретении, имеют длину от около 0,1 до 100 мкм, предпочтительно от около 1 до 50 мкм. Их диаметр находится в диапазоне от около 0,01 до около 10 мкм. Величина соотношения геометрических размеров (длина/диаметр) в целом составляет более 10, предпочтительно превышает 20 вплоть до 100 или даже 1000.

Поверхностно-активные волокна используются в воплощениях настоящего изобретения. Если волокна по своей природе не обладают такими свойствами, они подвергаются модифицированию таким образом, чтобы стать способными проявлять такие свойства. Модифицирование осуществляется физическим и/или химическим взаимодействием волокон с поверхностно-активными частицами.

Это модифицирование волокон может производиться до использования волокон в получении замороженного аэрированного продукта или же модифицирование может выполняться во время приготовления замороженного аэрированного продукта. Способы осуществления таких процессов модифицирования описаны ниже.

Обычно поверхностно-активные волокна, немодифицированные или модифицированные, представляют краевой угол смачивания на поверхностях раздела воздух/вода или масло/вода между 60° и 120°, предпочтительно между 70° и 110°, более предпочтительно между 80° и 100°.

Краевой угол смачивания волокон может быть измерен посредством применения гель-улавливающей методики, описанной Paunov (Langmuir, 2003, 19, 7970-7976) или, в качестве варианта, с помощью предлагаемого в продаже устройства для измерения краевого угла смачивания, такого как Dataphysics OCA20.

Краевой угол смачивания волокон может быть измерен перед добавлением к замороженному аэрированному продукту. Если волокна являются частью замороженного аэрированного продукта, то до того, как краевой угол смачивания может быть измерен, волокна должны быть подвергнуты выделению и очистке согласно известному способу. Наличие поверхностно-активных волокон на межфазной границе или поверхности может быть определено с помощью микроскопических методов, таких как сканирующая электронная микроскопия (SEM).

Описанные в настоящем изобретении поверхностно-активные волокна, исходя из используемых для их приготовления материалов, могут быть подразделены на два класса:

(i) поверхностно-активные восковые волокна;

(ii) поверхностно-активные невосковые волокна.

Предпочтительно как поверхностно-активные восковые, так и поверхностно-активные невосковые волокна имеют пищевую категорию качества. В контексте настоящего изобретения волокна пищевой категории качества являются нетоксичными, неаллергенными (предпочтительно) и предпочтительно не обладают неприятным вкусом.

Далее следуют определение и описания приготовления как (i), так и (ii).

(i) Поверхностно-активные восковые волокна

Первый класс волокнистого материала представлен поверхностно-активными восковыми волокнами.

Используемые в настоящем изобретении волокна изготавливаются из воска пищевой категории качества. Воск является липидным веществом неглицеридной природы, имеющим следующие характеристические свойства:

- пластичность (податливость) при нормальных температурах окружающей среды;

- точка плавления выше приблизительно 45°C (в соответствии с которой воски отличаются от жиров и масел);

- относительно низкая вязкость в расплавленном состоянии (в отличие от многих пластмасс);

- нерастворимость в воде, но способность растворяться в неполярных органических растворителях;

- гидрофобность.

Воски могут быть натуральными или искусственными, но предпочтительны натуральные воски. Пчелиный воск, карнаубский воск (растительный воск) и парафин (горный воск) являются общеупотребительными встречающимися в природе восками. Некоторые искусственные материалы, демонстрирующие сходные свойства, также описываются как воски или восковые.

С химической точки зрения воск может быть сложным эфиром этиленгликоля (этан-1,2-диол) и двух жирных кислот, в противоположность жирам, которые являются сложными эфирами глицерина (пропан-1,2,3-триол) и трех жирных кислот. Также он может быть соединением других спиртов жирного ряда с жирными кислотами. Он имеет липидный тип.

Восковые волокна с заданными поверхностно-активными свойствами готовятся согласно представленному ниже способу.

Способ включает этапы подбора воскообразного материала, его растворения в первом растворителе, смешивания раствора воскообразного материала в первом растворителе со вторым растворителем, имеющим подходящую вязкость (при этом второй растворитель способен смешиваться с первым растворителем, а воскообразный материал не является растворимым во втором растворителе), образования под действием непрерывного сдвигового напряжения дисперсной фазы удлиненных капелек воскового раствора, которые затвердевают вследствие разжижения первого растворителя во втором растворителе, с образованием волокон, имеющих краевой угол смачивания на поверхности раздела воздух/вода или поверхности раздела масло/вода между 60° и 120°.

При этом способе из воскообразных материалов получаются мелкие частицы для образования волокон, имеющих краевой угол смачивания между 60° и 120° на поверхности раздела воздух/вода, которые применяются для стабилизации пен, или имеющих краевой угол смачивания между 60° и 120° на поверхности раздела масло/вода, которые применяются для стабилизации эмульсий. Масло на поверхности раздела масло/вода является любым триглицеридным маслом, таким как пальмовое масло. До сих пор для приготовления микродисперсных волокнистых материалов воскообразные материалы не использовались.

Примерами подходящих источников воскообразного материала являются карнаубский воск, шеллачный воск или пчелиный воск пищевой категории качества. Этот воскообразный материал пищевой категории качества может быть преобразован в микродисперсные волокна посредством осаждения раствора воска, вызываемого изменением растворителя в условиях сдвигового воздействия. Например, воскообразный материал пищевой категории качества растворяется до высокой концентрации в этаноле, небольшое количество этого раствора прибавляется к вязкой жидкой среде и подвергается сдвиговому воздействию. Эта методика дает в результате эмульгирование раствора воска в вязкой среде, удлинение капелек эмульсии под действием сдвига и их последующее затвердевание в виде стержнеподобных частиц вследствие ухода этанола в непрерывную жидкую среду, чему способствует то, что этанол является растворимым в жидкости, в то время как воскообразный материал в ней нерастворим или плохо растворим. После того, как волокна сформировались, они могут быть извлечены и очищены с использованием естественной плавучести воска. Для облегчения прохождения этого процесса вязкость непрерывной жидкой фазы должна быть снижена. Введение воды эффективно разжижает раствор так, что стержни начинают увеличиваться в размерах намного быстрее и становится заметным явное разделение между стержнями и большей частью раствора. Затем может быть несколько раз повторена операция по отбору жидкой фазы и замещению ее с тем, чтобы удалить любые растворители, кроме воды. Вследствие того, что воскообразные материалы имеют краевой угол смачивания на поверхности раздела между воздушной и водной фазами или на поверхности раздела масло/вода между 60° и 120°, микродисперсные волокна имеют сродство к адсорбированию на поверхности раздела воздух/вода или масло/вода. Поэтому, как было рассмотрено ранее, дисперсия, содержащая волокна, приготовленные из воскообразных материалов пищевой категории качества, может использоваться для стабилизации пен и эмульсий без необходимости в добавлении других поверхностно-активных материалов, таких как сурфактанты, белки или диблоксополимеры, такие как Pluronics.

Если краевой угол смачивания еще не находится в указанном диапазоне между 60° и 120°, материал может быть возможно модифицирован для получения этой надлежащей величины краевого угла смачивания между 60° и 120°. Модифицирование волокон может обеспечиваться с помощью химических и/или физических способов. Химическая модификация включает образование с помощью известных технологий сложных эфиров, или этерификацию, за счет гидрофобных групп, таких как стеаратные и этоксильные группы. Физическая модификация включает покрытие волокон гидрофобными материалами, например этилцеллюлозой или гидроксипропилцеллюлозой. Могут также использоваться жиры и жирные кислоты, такие как стеариновая кислота. Покрытие может быть выполнено с помощью коллоидного осаждения, используя, например, изменения растворителя или температуры. Физическое модифицирование может также включать «отделку» стержневидных материалов с использованием гидрофобных наночастиц, например оксида кремния. Параметры, воздействующие на образование восковых волокон, в целом представлены вязкостью и составом непрерывной жидкой фазы, скоростью сдвига, начальным размером капельки, концентрацией воска в растворе этанола и общим объемом раствора. Из этих способных оказывать заметное воздействие параметров изменениям подвергались перемешивание среды и концентрация воска в этаноле. Изменения стандартной величины относительного содержания растворителя приводили к большему или меньшему сдвигу, воздействие которого на размер получаемых стержней имело ограниченный характер. Более значительным было влияние типа используемого растворителя. Внесение небольших количеств этанола в вязкие, находящиеся в состоянии перемешивания, среды приводило к более коротким, но четче выраженным микростержням с намного более низким расслаиванием. Предполагается, что внесение этанола в перемешиваемую среду может замедлять скорость осаждения воскообразного материала, приводя к более мелким капелькам микроэмульсии, образующим вследствие этого более короткие микростержни. В отношении влияния различных воздействующих на образование восковых волокон параметров имеется ссылка на WO-A-06/007393 (Государственный университет Северной Каролины).

(ii) Поверхностно-активные невосковые волокна

Второй класс волокнистого материала представлен поверхностно-активными невосковыми волокнами. Под этим подразумеваются любые волокна, которые не подпадают под определение восковых волокон.

Невосковые волокна обычно модифицируются так, чтобы они демонстрировали поверхностно-активные свойства и величину краевого угла смачивания между 60° и 120°. Волокна могут иметь органическое или неорганическое происхождение. В частности, могут использоваться органические натуральные волокна, полученные из кристаллических нерастворимых углеводов, таких как микрокристаллическая целлюлоза. Такие волокна обладают тем преимуществом, что они очень хорошо разлагаются микроорганизмами, что благоприятно сказывается на состоянии окружающей среды. Очень часто органические волокна также являются пригодными для употребления в пищу. Одним примером подходящего источника является микрокристаллическая целлюлоза, получаемая из микроорганизмов рода Acetobacter. Другими примерами являются клетчатка, волокна лука, волокна томатов, волокна хлопчатника, шелк, стеариновая кислота, их производные и сополимеры, а также другие полимеры, которые пригодны для прядения и имеют диаметр в пределах от 0,01 до 30 мкм.

Примерами неорганических волокон являются волокна на кальциевой основе (такие как CaCO₃, CaSO₄), волокна ZnO, TiO₂, MgO, MgSO₄, Mg(OH)₂, Mg₂B₂O₅, бората алюминия, титаната калия, титаната бария, гидроксиапатита, аттапульгита, но могут также использоваться и другие неорганические кристаллы с волокноподобной морфологией. Предпочтительными неорганическими волокнами являются волокна CaCO₃.

Используемые в настоящем изобретении волокна обычно перед применением модифицируются для обеспечения поверхностно-активных свойств волокна. В результате модифицирования краевой угол смачивания изменяется так, чтобы его величина находилась в диапазоне между 60° и 120°, предпочтительно между 70° и 110°, более предпочтительно между 80° и 100°. Под краевым углом смачивания, в зависимости от типа продукта, в котором используется поверхностно-активный материал настоящего изобретения, подразумевается трехфазный краевой угол смачивания на поверхности раздела волокно/воздух/вода или на поверхности раздела волокно/масло/вода. Для пен это будет краевой угол смачивания волокно/воздух/вода, для эмульсий - краевой угол смачивания волокно/масло/вода. Он может быть измерен так, как описано выше.

Модифицирование волокон может обеспечиваться с помощью химических и/или физических способов. Химическая модификация включает образование с помощью известных технологий сложных эфиров, или этерификацию, за счет гидрофобных групп, таких как стеаратные и этоксильные группы. Физическая модификация включает покрытие волокон гидрофобными материалами, например этилцеллюлозой или гидроксипропилцеллюлозой. Можно также использовать воски, такие как шеллак, карнаубский воск или пчелиный воск. Помимо этого, могут использоваться жиры и жирные кислоты, такие как стеариновая кислота. Покрытие может быть выполнено с помощью коллоидного осаждения, используя, например, изменения растворителя или температуры. Физическое модифицирование может также включать «отделку» стержнеподобных материалов с использованием гидрофобных наночастиц, например оксида кремния.

В качестве возможного способа контролируемого модифицирования гидрофобных свойств и получения в результате этого частиц с поверхностно-активными свойствами можно использовать способ контролируемой этерификации микрокристаллической целлюлозы (Antova и др., Carbohyd. Polym., 2004, 57 (2), 131).

Можно также выбрать более чем один способ модифицирования волокон для получения поверхностно-активного волокна, например, химическое видоизменение волокна, сопровождаемое физическим модифицированием. Применяемые для модифицирования волокон химические и/или физические средства должны иметь пищевую категорию качества.

Подразумевается, что исходя из этого принципа специалист в данной области сможет легко найти и другие способы изменения гидрофобности других типов волокон органического или неорганического происхождения.

Найдено, что форма и размер имеют критическое значение для коллоидной стабильности пен и эмульсий. Подобные стержню формы (фибриллы) намного более эффективны, чем сферические частицы. Другим ключевым критерием хорошей стабилизации пен и эмульсий является краевой угол смачивания частицы на поверхность раздела масла и воды или воздуха и воды, который должен быть настолько близким к 90°, насколько это возможно. Стержневидные структуры поэтому должны быть по своему строению амфипатическими (стабилизация эмульсий типа «масло в воде» и «вода в масле» зависит от относительного равновесия между гидрофобностью и гидрофильностью).

Поверхностно-активные волокна могут быть также получены в результате процесса самоассоциации. В этом случае поверхностные свойства волокнистого материала подбираются так, чтобы сила взаимного притяжения с поверхностно-активной частицей проявлялась бы или естественным образом (то есть она являлась бы внутренним свойством как частиц, так и волокон, например, когда они способны образовывать водородные связи), или ее проявление в целях стимулирования самоассоциации волокон с поверхностно-активными частицами становилось бы возможным посредством тщательного регулирования действующих между частицами и волокнами сил, которое может быть обеспечено специалистом в областях физической химии, химической физики коллоидных систем, материаловедения или нанотехнологии.

Поэтому следующим объектом настоящего изобретения является способ получения замороженного аэрированного продукта, включающий этапы:

(a) приготовления водной дисперсии, содержащей поверхностно-активные частицы,

(b) добавления к указанной дисперсии волокон в форме сухого порошка или водной дисперсии,

(c) введения воздуха и гомогенизации полученной смеси, при этом волокна объединяются с поверхностно-активными частицами in situ на поверхности раздела между воздушной и водной фазами вследствие взаимного притяжения между поверхностно-активными частицами и волокнами для образования устойчивой пены, и (d) замораживания полученной пены.

Необходимые ингредиенты для получения конкретного типа аэрированного пищевого продукта могут быть прибавлены к смеси, если это требуется, после аэрирования. Перед прибавлением дополнительных ингредиентов и охлаждением продукта до температуры хранения также может быть осуществлен этап предварительного замораживания. Например, аэрированная смесь может быть заморожена до температуры около -5°C, затем примешиваются другие ингредиенты, и продукт в дальнейшем хранится при -10°C или ниже, чаще при ниже -18°C.

Поэтому следующим объектом настоящего изобретения является способ получения замороженного аэрированного продукта, включающий этапы:

(a) приготовления водной дисперсии, содержащей волокна,

(b) добавления к указанной дисперсии поверхностно-активных частиц в сухой форме или в виде водной дисперсии,

(c) введения воздуха и гомогенизации полученной смеси, при этом волокна объединяются с поверхностно-активными частицами in situ на поверхности раздела между воздушной и водной фазами вследствие взаимного притяжения между поверхностно-активными частицами и волокнами для образования устойчивой пены, и

(d) замораживания полученной пены.

В этой связи следующим объектом настоящего изобретения является способ получения замороженного аэрированного продукта, включающий этапы:

(a) приготовления водной дисперсии, содержащей поверхностно-активные частицы и волокна,

(b) введения воздуха и гомогенизации полученной смеси, при этом волокна объединяются с поверхностно-активными частицами in situ на поверхности раздела между воздушной и водной фазами вследствие взаимного притяжения между поверхностно-активными частицами и волокнами для образования устойчивой пены, и

(c) замораживания полученной пены.

Замороженные аэрированные пищевые продукты включают замороженные кондитерские изделия, такие как пломбир, молочное мороженое, замороженный йогурт, сорбет, мягкое мороженое, замороженный крем, фруктовое мороженое, замороженный десерт с фруктами, гранита и замороженное пюре.

Термин «аэрированный» означает, что в продукт был преднамеренно введен газ, механическим, например, способом. Газ может быть любым газом пищевой категории качества, таким как воздух, азот или диоксид углерода. Степень аэрирования обычно определяется в терминах «взбитости». Применительно к настоящему изобретению процент взбитости определяется в терминах объема как:

((объем готового аэрированного продукта - объем смеси)/объем смеси)×100.

Представленная в продукте степень взбитости изменяется в зависимости от желательных характеристик продукта.

Замороженный аэрированный пищевой продукт согласно настоящему изобретению имеет взбитость более 30%, предпочтительно более 50%, более предпочтительно более 75%. Одинаково предпочтительно замороженные аэрированные кондитерские изделия имеют взбитость менее 200%, более предпочтительно менее 150%, наиболее предпочтительно менее 120%.

Замороженный аэрированный пищевой продукт может содержать любой дополнительный ингредиент, который обычно используется в замороженном аэрированном пищевом продукте. Такие ингредиенты содержат жиры/масла, белки (молочные белки, белки сои), сахара, такие как сахароза, фруктоза, декстроза, лактоза, кукурузная патока, сахарные спирты, соли, красители и ароматизаторы, пюре, экстракты, кусочки или сок фруктов или овощей, стабилизаторы или загустители, такие как полисахариды, например камедь рожкового дерева, гуаровая камедь, каррагинан, микрокристаллическая целлюлоза, а также включения, такие как шоколад, карамель, помадка, печенье или орехи.

Волокна могут быть добавлены к любому известному замороженному аэрированному пищевому продукту. Понятно, что они должны быть пищевой категории качества.

Типичное мороженое в свете настоящего изобретения обычно содержит мороженое, содержащее 0,5-18 мас.% жира (предпочтительно 2-12 мас.%), 0,5-15 мас.% обезжиренного сухого молока (OCM, которое содержит мицеллы казеина, сывороточные белки и лактозу), 10-30 мас.% сахара, 40-75 мас.% воды, 0,001-10 мас.% описанных выше волокон, а остаток составлен другими ингредиентами, такими как стабилизаторы, дополнительные эмульгаторы и ароматизаторы. Все мас.% определяются по отношению к общей массе мороженого.

Предпочтительным воплощением является мороженое, которое содержит жидкое масло или смесь жидких масел. Как упоминалось выше, жидкие масла применительно к настоящему изобретению обозначают масла, 50% которых при температуре потребления являются жидкостью.

Дальнейшие воплощения настоящего изобретения являются премиксами замороженных аэрированных пищевых продуктов. Такие композиции включают жидкие премиксы, например премиксы, используемые в производстве замороженных кондитерских изделий, и сухие смеси, например порошки, к которым перед или во время аэрирования добавляется содержащая воду жидкость, такая как молоко или вода.

Следующее воплощение настоящего изобретения относится к способу приготовления вышеописанного замороженного аэрированного пищевого продукта.

Как правило, замороженный аэрированный продукт, стабилизированный поверхностно-активными частицами, может быть получен с использованием следующих технологических операций.

(i) Приготовление водной дисперсии, содержащей поверхностно-активные волокна, как описано выше.

(ii) К этой водной дисперсии поверхностно-активных волокон могут быть добавлены сахара, сахарные спирты и кукурузная патока. Однако добавления других поверхностно-активных агентов (например, белков, ПАВ) на данном этапе следует предпочтительно избегать.

(iii) Затем водная дисперсия поверхностно-активных волокон аэрируется. Механические устройства для аэрирования смесей известны специалистам в данной области и включают ручные кухонные блендеры, миксер Hobart, миксер Kenwood, миксер Oakes и скребковые теплообменники.

На данном этапе и перед смешиванием с другими ингредиентами аэрированная смесь может быть выдержана, чтобы обеспечить возможность истечения водной фазы через пену. Это приводит к образованию слоя пены с увеличенным объемом воздушной фазы на поверхности водной фазы, обедненной воздушными пузырьками. Водная фаза может быть затем отделена от пенной фазы перед смешиванием пены с другими ингредиентами. Этот способ делает возможным достижение продукта с большим объемом воздушной фазы (или взбитостью) при смешивании пены с другими ингредиентами, так как пена после дренажа будет состоять из большего объема воздуха на единицу массы.

(iv) В случае замораживаемых в состоянии покоя аэрированных продуктов к аэрированной смеси затем добавляются остающиеся ингредиенты. Обычно они добавляются в жидкой форме, то есть в растворенном или диспергированном в воде виде. Однако ингредиенты могут также прибавляться в твердой форме, например, в виде включений, таких как орехи, кусочки шоколада, помадка и фрукты. Аэрированная смесь далее замораживается в состоянии покоя без присутствия механического сдвига. Замораживание в состоянии покоя может быть обеспечено несколькими способами, включая: замораживание в бытовом морозильнике, в холодильной камере, в жидком азоте, на сухом льду или в ванне с рассолом.

(vi) В случае замораживаемых при наличии сдвига аэрированных продуктов полученная по п.(iii) аэрированная смесь затем замораживается при сдвиговом воздействии. Это может быть обеспечено с использованием, например, скребкового теплообменника или бытовой мороженицы. Остальные составляющие продукт ингредиенты могут быть прибавлены перед замораживанием при сдвиге или после. Перед замораживанием при сдвиге аэрированная смесь предпочтительно содержит один или более депрессантов температуры замерзания, таких как один или несколько сахаров, сахарных спиртов, кукурузную патоку или соли. В случае такого замороженного продукта, как сорбет или мороженое, предпочтительно, чтобы количество присутствующего перед замораживанием при сдвиге сахара составляло по меньшей мере 15 мас.%. Как правило, продукт замораживается при сдвиге в температурных условиях между около -4°C и -15°C, после чего затем продукт закаливается до окончательной температуры хранения или потребления.

Используя волокна, как описано выше, возможно получение взбитости в 400% или более. Это является предпочтительным, поскольку делает возможным реализацию различных замыслов в отношении замороженных аэрированных пищевых продуктов.

В этой связи следующее воплощение настоящего изобретения относится к способу приготовления вышеописанного замороженного аэрированного пищевого продукта, в котором:

(i) поверхностно-активные волокна аэрируются в воде, где водная фаза может, возможно, содержать диспергированные сахара,

(ii) аэрированный раствор затем смешивается с остальными ингредиентами, составляющими данный пищевой продукт,

(iii) затем аэрированный пищевой продукт замораживается в состоянии покоя.

Следующее воплощение настоящего изобретения относится к способу приготовления вышеописанного замороженного аэрированного пищевого продукта, в котором:

(i) поверхностно-активные волокна аэрируются в воде, где водная фаза может, возможно, содержать диспергированные сахара,

(ii) аэрированный раствор со степенью взбитости по меньшей мере в 400% затем смешивается с остальными ингредиентами, составляющими данный пищевой продукт,

(iii) затем аэрированный пищевой продукт замораживается в состоянии покоя.

В этой связи изобретение также относится к способу получения вышеописанного замороженного аэрированного продукта, включающему этапы:

(a) приготовления водной дисперсии, содержащей поверхностно-активные частицы,

(b) добавления к указанной дисперсии волокон в форме сухого порошка или водной дисперсии,

(c) введения воздуха и гомогенизации полученной смеси, при этом волокна объединяются с поверхностно-активными частицами in situ на поверхности раздела между воздушной и водной фазами вследствие взаимного притяжения между поверхностно-активными частицами и волокнами для образования устойчивой пены, и

(d) замораживания полученной пены.

В этой связи изобретение также относится к способу получения вышеописанного замороженного аэрированного продукта, включающему этапы:

(a) приготовления водной дисперсии, содержащей волокна,

(b) добавления к указанной дисперсии поверхностно-активных частиц в форме сухого порошка или водной дисперсии,

(c) введения воздуха и гомогенизации полученной смеси, при этом волокна объединяются с поверхностно-активными частицами in situ на поверхности раздела между воздушной и водной фазами вследствие взаимного притяжения между поверхностно-активными частицами и волокнами для образования устойчивой пены, и

(d) замораживания полученной пены.

В этой связи изобретение также относится к способу получения вышеописанного замороженного аэрированного продукта, включающему этапы:

(a) приготовления водной дисперсии, содержащей волокна и поверхностно-активные частицы,

(b) введения воздуха и гомогенизации полученной смеси, при этом волокна объединяются с поверхностно-активными частицами in situ на поверхности раздела между воздушной и водной фазами вследствие взаимного притяжения между поверхностно-активными частицами и волокнами для образования устойчивой пены, и

(c) замораживания полученной пены.

Как уже указывалось выше, также возможно выполнение этапа замораживания несколько позже после этапа вспенивания. Это означает, что этап замораживания может быть выполнен даже в другом месте, нежели остальные технологические операции. Подвергнутый предварительной заморозке продукт является устойчивым.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 - изображения аэрированных продуктов A-D после 12 дней хранения при 5°C. Черная линия на флаконе с пробой отмечает высоту вспененного продукта во флаконе в момент времени 0 дней, то есть немедленно после заливки во флакон. В каждом случае пузырьки остаются устойчивыми после выдержки в течение периода хранения, то есть заметен лишь очень небольшой рост пузырьков и падение пены.

На Фиг.2 - изображения сравнительных примеров (A, B и C) после 2 часов хранения при 5°C.

На Фиг.3 - изображения сравнительных примеров (A, B и C) после 8 часов хранения при 5°C. В каждом случае после хранения имел место значительный рост пузырьков, при этом пузырьки ясно различимы наблюдателем. Кроме того, пена теряла значительный объем, то есть разрушалась, особенно для B и C.

На Фиг.4 - SEM-изображения свежих и хранившихся в ненадлежащих условиях образцов продукта A. Изображения даны в увеличении ×25, ×50 и ×100.

На Фиг.5 - SEM-изображения свежих и хранившихся в ненадлежащих условиях образцов продукта D. Изображения даны в увеличении ×25, ×50 и ×100.

На Фиг.6 - SEM-изображения свежих и хранившихся в ненадлежащих условиях образцов продукта В. Изображения даны в увеличении ×25, ×50 и ×100.

На Фиг.7 - SEM-микрофотографии Смеси B Сравнительного примера. Слева - свежие образцы. Справа - образцы после воздействия ненадлежащих температурных условий. Увеличение ×25 (вверху) и ×100 (внизу).

На Фиг.8 - SEM-микрофотографии Сравнительного продукта В, содержащего MCC. Слева - свежие образцы. Справа - образцы после воздействия ненадлежащих температурных условий. Увеличение ×25 (вверху) и ×100 (внизу).

На Фиг.9 - SEM-микрофотографии Смеси D Сравнительного примера. Слева - свежие образцы. Справа - образцы после воздействия ненадлежащих температурных условий. Увеличение ×25.

На Фиг.10 - SEM-микрофотографии аэрированных замороженных сорбетов после воздействия ненадлежащих температурных условий. Вверху - воздушная фаза, стабилизированная с помощью поверхностно-активных волокон MCC и EC. Внизу - воздушная фаза, стабилизированная с помощью молочного белка (Hygel) при отсутствии поверхностно-активных волокон. Используемое увеличение ×25 и ×100.

На Фиг.11 - SEM-микрофотографии аэрированной и замороженной Смеси F, содержащей поверхностно-активные волокна MCC и EC, после воздействия ненадлежащих температурных условий. Увеличение: слева ×25, справа ×50.

Далее изобретение иллюстрируется посредством следующих неограничивающих примеров.

Примеры

Материалы

Таблица 2 Перечень используемых ингредиентов и сведения о поставщиках Ингредиент Поставщик Комментарии Шеллачный воск NB Entrepreneurs   Глицерин Alfa Aesar 99+% Этанол Fischer Scientific   Этиленгликоль Fischer Scientific   Этилцеллюлоза (EC) Sigma-Aldrich, Великобритания Вязкость в смеси толуол/этанол (80%/20%) 100 сПз Микрокристаллическая целлюлоза (MCC) Хлопковая, гидролизованная серной кислотой Приготовлена, как описано в Примере 1 CaCO₃ Qinghaui Haixing Science and Technology Development Co., Ltd, Китай   ZnO Chengdu Advanced Technologies and Crystal-Wide Co., Ltd, Китай   Обезжиренное сухое молоко (OCM) United Milk, Великобритания 33-36% белка, 0,8% жира, влажность 3,7% Сахароза Tate and Lyle, Великобритания Сахарный песок Ксантановая камедь CP Kelco Keltrol RD Диспергируемая на холоду Кокосовое масло (CNO) Van den Bergh Oils Ltd, Purfleet, Великобритания Очищенное кокосовое масло Подсолнечное масло (SFO) Leon Frenkel Ltd, Belvedere, Великобритания   Hygel Kerry Biosciences Гидролизованный белок Кукурузная патока (LF9) Cerestar, Великобритания С*Sweet F017Y4 сироп глюкозы и фруктозы, содержание фруктозы 9%, сухое вещество 78% Камедь плодов рожкового дерева (LBG) Danisco Ingredients Тип 246 Гуаровая камедь Willy Beneke, Германия Тип 2463 Пюре из земляники SVZ International BV, Нидерланды 6,4-9,0 Брике, pH 3,4-3,8, вязкость 600-900 мПа·с Лимонная кислота Jungbungzlaver, Австрия  

Перед применением шеллачный воск был очищен растворением воска в кипящем этаноле с удалением нерастворимых материалов с помощью центрифугирования. Затем этанол отгонялся при небольшом нагревании под вакуумом с получением очищенных кристаллов шеллака.

Полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии изображения были сделаны следующим образом: с помощью предварительно охлажденного скальпеля из охлажденной до -8°C субпробы мороженого были вырезаны блоки размером 5 мм ×5 мм ×10 мм. После закрепления на держателе SEM с помощью хладостойкого клея ОСТ при температуре замерзания и немедленного погружения в азотную шугу образцы были перенесены в низкотемпературную камеру для обработки образцов Alto 2500 для разламывания (-90°C), травления (10 секунд) и нанесения покрытия (Au/Pd, 2 нм). Изучение проводилось при -150°C с помощью сканирующего электронного микроскопа Jeol 6301F, оборудованного модулем для исследований в криогенных условиях Gatan.

Приготовление базовых пен - Примеры 1-9.

Пример 1

Комплекс МСС-ЕС, образованный взаимодействием in-situ

В 400 мл лабораторном стакане в 150 мл 50% (по объему) серной кислоты диспергировалось 15 г медицинской гигроскопической ваты (Shanghai Shanghai pharmaceutical group). Вслед за этим лабораторный стакан помещался на водяную баню с температурой 30°C. Длительность гидролиза составляла 6,5 часов при непрерывном перемешивании с помощью магнитной мешалки. Полученная смесь охлаждалась и разбавлялась 850 мл деионизированной воды. Через 24 часа на дно мерного стакана оседали волокна микрокристаллической целлюлозы (МСС), а супернатант удалялся и замещался таким же объемом деионизированной воды. Этот процесс очистки был повторен 5 раз. Затем суспензия МСС была перенесена в диализную трубку для полного удаления кислоты и примесей диализом в воде. Эта операция повторялась несколько раз до тех пор, пока величина pH воды в дисперсии МСС не достигла нейтрального значения (pH ~6). Суспензия МСС далее была разбавлена до 4% (массовая концентрация) и помещена в сублимационную сушилку. Спустя 48 часов с выходом около 20% были получены сухие порошки МСС.

В 50 мл лабораторном стакане в 10 мл ацетона при 30°C было растворено 0,1 г порошка этилцеллюлозы (ЕС, 100 сПз, содержание этоксильных групп 48%, Aldrich). Вслед за этим при интенсивном перемешивании к раствору ЕС был быстро прибавлен равный объем воды для выпадения ЕС в осадок в виде частиц. Ацетон удалялся с помощью роторного испарителя и прибавлялась вода для доведения конечного объема до 10 мл. В завершение в дисперсию ЕС было прибавлено 0,1 г сухого порошка МСС, приготовленного с помощью упоминаемого выше способа. Дисперсия МСС-ЕС перемешивалась в течение 10 мин, в течение 10 мин обрабатывалась ультразвуком и перемешивалась еще 10 мин. Полученная дисперсия была перенесена в 25 мл цилиндр и взбалтывалась вручную для получения пены. Взбитость пены достигала 120% и пена была устойчивой в течение по меньшей мере 3 месяцев.

Пример 2

В 40 мл раствора ацетона, содержащего 0,2 г этилцеллюлозы (ЕС, 10 сПз, содержание этоксильных групп 48%, Aldrich), диспергировалось 4,0 г слюды (SCI-351, 10~100 мкм, Shanghai Zhuerna High-tech Powder Materials Co., Ltd. Китай). После 5 минут обработки ультразвуком к дисперсии при интенсивном перемешивании было быстро прибавлено 160 мл деионизированной воды. Спустя 5 минут большая часть частиц ЕС выпала из ацетона в осадок и осела на поверхности слюды. После фильтрации и выдерживания при 80°C в вакуум-сушильном шкафу в течение 4 часов слюда была успешно модифицирована этилцеллюлозой.

Модифицированная слюда показала хорошую способность к пенообразованию и обеспечению устойчивости пены. 0,5 г модифицированной слюды было диспергировано в 10 мл воды, содержащей 0,75 мас.% этанола, а затем дисперсия была перенесена в 25 мл цилиндр. После интенсивного взбалтывания вручную в течение 30 секунд взбитость достигла 25%. Спустя одну неделю пена все еще оставалась устойчивой.

Для улучшения способности модифицированной слюды к пенообразованию и обеспечению устойчивости пены могут использоваться функциональные стержни из CaCO₃. Стержни CaCO₃ (Qinghai Haixing Science and Technology Co., Ltd. Китай) модифицировались хлорангидридом олеиновой кислоты для регулирования их смачиваемости от очень гидрофильной до умеренно гидрофобной. Стержни CaCO₃ в течение 4 часов высушивались в печи при 160°C для удаления адсорбированной воды. Также на молекулярном ситовом осушителе 4A осушался ацетон. 10 мл хлорангидрида олеиновой кислоты (85%, Aldrich) были разбавлены 90 мл осушенного ацетона для получения 10% (по объему) раствора хлорангидрида олеиновой кислоты. 5,0 г стержней CaCO₃ диспергировалось в 100 мл подвергнутого обработке ацетона. После 10 минут обработки ультразвуком к дисперсии по каплям при перемешивании было добавлено 3,0 мл раствора хлорангидрида олеиновой кислоты. Спустя 1 час дисперсия отфильтровывалась и трижды промывалась этанолом (повторным диспергированием отжатого осадка в 30 мл этанола при перемешивании в течение 5 минут). После промывки отжатый осадок диспергировался в 30 мл этанола, а затем к дисперсии при интенсивном перемешивании было добавлено 120 мл воды. Спустя полчаса дисперсия отфильтровывалась и трижды промывалась этанолом (повторным диспергированием отжатого осадка в 60 мл этанола при перемешивании в течение 10 минут). После промывки и фильтрации отжатый осадок взвешивался и добавлялось некоторое количество воды, такое, чтобы обеспечить получение жидкой массы с содержанием CaCO₃ в 50 мас.%.

При смешивании 0,5 г модифицированной слюды и 1,0 г функциональной жидкой массы CaCO₃ с 10 мл воды, содержащей 0,75 мас.% этанола, взбитость после интенсивного взбалтывания вручную в течение 30 секунд могла достигать 100%. Пена также продемонстрировала намного лучшую устойчивость, чем в случае модифицированной слюды, и была устойчивой в течение по меньшей мере 2 месяцев.

Пример 3

Было проведено осаждение стержней из шеллака прикапыванием капелек, содержащих 50 мас.% шеллака в этаноле, к 40 мл раствора, состоящего из смеси глицерина, этиленгликоля и этанола в пропорции 60:30:10, перемешиваемого на скорости 5,7 с помощью комбинированного устройства, представляющего собой магнитную мешалку и электрическую плитку IK A RH KT/C. 170 мкл 50 мас.% раствора шеллака в этаноле добавлялось с шагом в 10 мкл к вязкой перемешиваемой среде, что соответствовало добавлению 0,085 г воска. После завершения прикапывания итоговый раствор перемешивался в течение дополнительных 10 минут для обеспечения затвердевания волокон. Приготовленные, как описано выше, восковые микростержни извлекались и очищались с использованием естественной плавучести воска. 40 мл раствора, содержащего вышеописанные восковые волокна, было со смывкой (очищенная на установке milli-Q вода) перенесено в три пробирки для образцов (75 мм ×25 мм), которые затем были заполнены на ³/₄ водой (milli-Q). Затем пробирки несколько раз переворачивались без взбалтывания для перемешивания растворителей. Внесение воды эффективно разжижает раствор так, что стержни начинают увеличиваться в размерах намного быстрее и становится заметным явное разделение между стержнями и большей частью раствора. Затем может быть несколько раз повторена операция по отбору жидкой фазы и замещению ее водой с тем, чтобы удалить любые растворители, кроме воды, а в завершение стержни могут быть повторно диспергированы в известном объеме воды, обеспечивая таким образом раствор с концентрацией стержней, приблизительно соответствующей заданной. Концентрация является приближенной вследствие того, что в процессе очистки и отделения некоторое количество стержней теряется; оценочно оно составляет порядка 5% от начальной массы раствора воска, приливаемого к перемешиваемой жидкости. Таким образом, после очистки и повторного диспергирования в 20 мл воды в пробирке для образцов при потерях приблизительно в 5% в воде была обеспечена 0,4 мас.% концентрация волокон шеллака со средней длиной 120 мкм и диаметром 2 мкм. Когда раствор вручную взбалтывался в течение 30 с, он дал пену, которая являлась устойчивой на протяжении более одной недели. С помощью конфокальной микроскопии на поверхности пузырьков может быть ясно замечена плотная сетка из волокон шеллака.

Пример 4

Стержни из шеллака осаждались из 17,5 мас.% раствора шеллака в этаноле, добавленного к 40 мл раствора, состоящего из смеси глицерина, этиленгликоля и этанола в пропорции 60:30:10 и перемешиваемого на скорости 5,7 с помощью комбинированного устройства, представляющего собой магнитную мешалку и электрическую плитку IK A RH КТ/С. 480 мкл 17,5 мас.% раствора шеллака добавлялось с шагом в 10 мкл к вязкой перемешиваемой среде, что опять соответствовало 0,084 г воска. После очистки и повторного диспергирования в 20 мл воды в пробирке для образцов при потерях приблизительно в 5% обеспечивалась 0,4 мас.% концентрация шеллака в воде. Средняя длина получаемых при помощи этого способа стержней составляла 30 мкм. Когда раствор вручную взбалтывался в течение 30 с, он давал пену, которая была устойчивой на протяжении более одной недели. С помощью конфокальной микроскопии на поверхности пузырьков может быть ясно замечена плотная сетка из волокон шеллака.

Пример 5

Были получены три отдельные концентрации стержней в очищенной на установке milli-Q воде: 0,5 мас.%, 1,2 мас.% и 2,0 мас.%. Они были получены таким же образом, как и в примере 3, за исключением количества прибавленного шеллака, кроме того, растворы на этот раз заливались в 10-мл мерные цилиндры, так, чтобы можно было непосредственно измерять объем пены, а стержни должны были бы находиться в 4 мл воды. Однако во время процесса очистки стержни никогда полностью не освобождаются от раствора и вследствие этого обеспечение точного объема воды в конечной дисперсии представляет некоторую проблему. Для преодоления этой проблемы объем воды устанавливается по массе. Мерный цилиндр взвешивается в пустом виде и затем в цилиндр переносятся влажные стержни вместе со смывками, цилиндр снова взвешивается и добавляется вода до достижения конечной массы, превышающей массу пустого мерного цилиндра на 4 г плюс масса воска. Таким образом в дисперсии оказывается 4 мл очищенной на установке milli-Q воды. В соответствии с вышеописанным были приготовлены дисперсии с тремя различными концентрациями волокон шеллака согласно следующим условиям и концентрациям:

- 0,5 мас.% - 110 мкл 20 мас.% раствора шеллака в этаноле прикапывалось из пипетки с шагом в 10 мкл к 40 мл раствора глицерина и воды (соотношение 85:15), перемешиваемого на скорости 6,0.

- 1,2 мас.% - 220 мкл 10 мас.% раствора шеллака в этаноле прикапывалось из пипетки с шагом в 10 мкл к 40 мл раствора глицерина и воды (соотношение 85:15), перемешиваемого на скорости 6,0.

- 2,0 мас.% - 420 мкл 10 мас.% раствора шеллака в этаноле прикапывалось из пипетки с шагом в 10 мкл к 40 мл раствора глицерина и воды (соотношение 85:15), перемешиваемого при скорости 6,0.

Все дисперсии стержней были очищены и отделены и в итоге перенесены так, как указывалось ранее. Полученные дисперсии взбалтывались, как и ранее, в течение 30 с встряхиванием вручную. Полученные в результате пены были измерены в миллилитрах и отслеживались через те же промежутки времени, как и ранее: 0 час, 1 час, 2 час, 5 час, 24 час, 48 час, 72 час, 96 час, 120 час, 144 час и 168 час. Для всех полученных пен самое интенсивное, являющееся в основном следствием дренажа жидкости, снижение объема пены наблюдалось в первые 5 часов, после чего в течение более чем 7 дней наблюдался характер временной зависимости стабильности, близкий к выходу на плато. Кроме того, обнаружено, что существует приблизительно линейная зависимость между концентрацией стержней в растворе и объемом полученной пены.

Пример 6

В 50-мл лабораторном стакане к 20 мл ацетона было прибавлено 0,05 г этилцеллюлозы (ЕС, производства Aldrich, вязкость 10 сПз). Затем под ультразвуковой обработкой (Branson Ultrasonics Corporation, 5510E-DTH) и перемешиванием с магнитной мешалкой (IKA, RCT basic) этилцеллюлоза постепенно растворялась до образования гомогенного раствора. Далее к смеси добавлялось 0,2 г микрокристаллической целлюлозы (МСС, стержневидная, диаметр ~20 нм, длина от нескольких до десятков микрометров) и в течение 10 минут проводилась обработка ультразвуком для стимулирования образования гомогенной дисперсии МСС. В качестве не растворяющего этилцеллюлозу агента к вышеуказанной смеси по каплям добавлялось 10 мл воды, чтобы вызвать коацервацию этилцеллюлозы, в процессе которой слившиеся друг с другом частицы этилцеллюлозы присоединялись к волокнам МСС. Далее ацетон полностью удалялся перемешиванием или под пониженным давлением при повышенной температуре. Полученная водная дисперсия МСС/этилцеллюлоза использовалась для исследования способности к ценообразованию и устойчивости пены. Пены готовились при комнатной температуре посредством встряхивания вручную в течение 40 с. Стабилизированные этим материалом пены были устойчивы в условиях окружающей среды в течение более двух недель.

Пример 7

Было приготовлено 200 г 1 мас.% раствора этилцеллюлозы (ЕС) в ацетоне. К этому раствору при перемешивании было добавлено 200 г воды. После дальнейшего перемешивания в течение 10 минут ацетон был отогнан при помощи роторного испарителя. После отгонки в течение около 1 часа в роторном испарителе затем определялась остающаяся масса и добавлялась вода, чтобы отрегулировать концентрацию этилцеллюлозы в воде до 1 мас.%. Затем к этому раствору был прибавлен порошок микрокристаллической целлюлозы (МСС, приготовленный, как описано в Примере 1) до концентрации в 1 мас.%. Далее раствор в течение 10 минут перемешивался, вслед за чем следовали 10 минут обработки ультразвуком в ванне для ультразвуковой обработки и еще 10 минут перемешивания. 200 г приготовленной, как указано выше, водной дисперсии МСС/ЕС аэрировались с помощью мешалки Hobart Mixer (Hobart Corporation, модель N50CE, установлена на скорости 3) в течение приблизительно 5 минут. Затем пена была перенесена в пластиковый лабораторный стакан и оставлена на 18 часов при 5°C, чтобы обеспечить возможность истечения воды из объема пены. До дальнейшего использования пена сохранялась при 5°C.

Пример 8

4,0 г стержневидного CaCO₃ (предоставлен Qinghai Haixing Science and Technology Development Co., Ltd, Китай, диаметр 2 мкм, длина 50 мкм) было диспергировано в 40 мл раствора ацетона, содержащего 0,20 г этилцеллюлозы (ЕС, производство Aldrich, вязкость 10 сПз). В течение 10 минут применялась ультразвуковая обработка (Branson Ultrasonics Corporation, 5510E-DTH) для стимулирования образования однородной дисперсии CaCO₃. Затем к дисперсии было быстро прилито 160 мл воды, чтобы закрепить осадок этилцеллюлозы на поверхности частиц CaCO₃. После 2 минут перемешивания с магнитной мешалкой (IKA, RCT basic) дисперсия была отфильтрована, и отжатый осадок немедленно высушивался в вакуум-сушильном шкафу при 80°C. В итоге была получена композиция CaCO₃/этилцеллюлоза. Затем порошок был помещен в воду, чтобы исследовать пенообразование и устойчивость пены. Пены готовились при комнатной температуре посредством встряхивания вручную в течение 40 с. Стабилизированные этим материалом пены были устойчивы в течение более одного месяца. Начальный объем пены линейно возрастал в зависимости от количества добавленного материала. Интересно заметить, что величина начального объема стабилизированных этими материалами пен проходит через максимум при соотношении ЕС:CaCO₃ около 1:20 (которое было выбрано в этом примере).

Пример 9

4,0 г стержневидного ZnO (четырехпалая форма, предоставлен Chengdu Advanced Technologies and Crystal-Wide Co., Ltd, Китай, диаметр 2 мкм, длина несколько десятков микрометров) было диспергировано в 40 мл раствора ацетона, содержащего 0,20 г этилцеллюлозы (ЕС, производство Aldrich, вязкость 10 сПз). В течение 10 минут применялась ультразвуковая обработка (Branson Ultrasonics Corporation, 5510E-DTH) для стимулирования образования однородной дисперсии ZnO. Затем к дисперсии было быстро прилито 160 мл воды, чтобы закрепить осадок этилцеллюлозы на поверхности частиц ZnO. После 2 минут перемешивания с магнитной мешалкой (IKA, RCT basic) дисперсия была отфильтрована, и отжатый осадок немедленно высушивался в вакуум-сушильном шкафу при 80°C. В итоге была получена композиция ZnO/этилцеллюлоза. Затем порошок был помещен в воду, чтобы исследовать пенообразование и устойчивость пены. Пены готовились при комнатной температуре посредством встряхивания вручную в течение 40 с. Стабилизированные этим материалом пены были устойчивы в условиях окружающей среды в течение более двух недель.

Приготовление замороженных аэрированных пищевых продуктов

Пример 10. Аэрированные продукты, устойчивые после замораживания в состоянии покоя

Материалы

Все используемые для приготовления смесей и аэрированных продуктов ингредиенты сведены в Таблице 2.

Способы

Приготовление базовых смесей

Смеси A-D готовились по рецептурам, подробно представленным в Таблице 3. Все смеси готовились партиями в 500 г.

Таблица 3 Ингредиенты и количества/мас.%, используемые для приготовления смесей A-D. Ингредиент Смесь A, мас.% Смесь B, мас.% Смесь C, мас.% Смесь D, мас.% Сахароза 25 25 25 25 Ксантан 0,3 0,3 0,3 0,3 SMP - 5 5 5 CNO - - 5 - SFO - - - 5 Вода 74,7 69,7 64,7 64,7

Смесь A готовилась смешиванием сахарозы и ксантана в перемешиваемой воде. Раствор был затем нагрет до 40°C и перемешивание продолжалось 30 минут. После чего раствор до применения сохранялся при 5°C.

Смесь В была приготовлена смешиванием сахарозы, сухого обезжиренного молока и ксантана в перемешиваемой воде. Затем раствор был нагрет до 40°C, и перемешивание продолжалось еще 30 минут. После чего раствор до применения сохранялся при 5°C.

Смесь С была приготовлена смешиванием сахарозы, сухого обезжиренного молока и ксантана в перемешиваемой воде. Затем раствор был нагрет до 60°C, и при перемешивании в течение 5 минут было прибавлено расплавленное кокосовое масло. Далее раствор был перемешан с помощью IKA Ultraturrax (модель Т18 Basic, 10 минут на 24000 об/мин), чтобы эмульгировать масляную фазу. Сразу же после этого раствор был подвергнут обработке ультразвуком (Branson ditial sonifier, модель 450), а затем раствор был охлажден помещением в ванну с гликолем при -18°C и раствор перемешивался, пока не достиг температуры ниже 10°C. После чего раствор до применения сохранялся при 5°C.

Смесь D была приготовлена смешиванием сахарозы, сухого обезжиренного молока и ксантана в перемешиваемой воде. Затем раствор был нагрет до 60°C, и при перемешивании в течение 5 минут было прибавлено подсолнечное масло. Далее раствор был перемешан с помощью IKA Ultraturrax (модель Т18 Basic, 10 минут на 24000 об/мин), чтобы эмульгировать масляную фазу. Сразу же после этого раствор был подвергнут обработке ультразвуком (Branson ditial sonifier, модель 450), а затем раствор был охлажден помещением в ванну с гликолем при -18°C и раствор перемешивался, пока не достиг температуры ниже 10°С. После чего раствор до применения сохранялся при 5°C.

Объединение Смесей A-D с пеной для получения аэрированных Смесей А-D

Пропорциональная доля пенной фазы, приготовленной в Примере 7, смешивалась со Смесями A-D для получения пены со взбитостью приблизительно между 50 и 100%. Затем в стеклянные флаконы заливалось по 20 мл продукта и сохранялось при 5°С. Стабильность этих пен определялась визуальным наблюдением.

Измерения взбитости аэрированных смесей непосредственно после аэрирования дали следующие результаты:

Аэрированный продукт A взбитость 73%

Аэрированный продукт B взбитость 75%

Аэрированный продукт C взбитость 74%

Аэрированный продукт D взбитость 78%

Приготовление аэрированных продуктов A-D, замораживаемых в состоянии покоя

Пропорциональная доля пены, полученной с использованием Смесей А-D (приготовленных, как указывалось выше), заливалась в приблизительно 15-мл пластмассовые контейнеры, которые затем были помещены на сухой лед (Cardice) для замораживания. Спустя 30 минут они затем были перенесены в морозильник с температурой -80°C. Этот способ замораживания называют статическим или осуществляемым в состоянии покоя, поскольку во время операции замораживания не применяется никаких механических сдвиговых воздействий.

Сравнительные примеры для исследования стабильности в условиях охлаждения

Были приготовлены Сравнительные примеры (Сравнительные смеси A, B и С) с рецептурами, подобными Смесям A, B и D, но без последующего добавления пены МСС/ЕС. Растворы хранились при 5°C. Затем они были подвергнуты аэрированию с помощью устройства для вспенивания молока Salter Milk Frother (Salter, приобретено на amazon.co.uk) до достижения взбитости между около 50 и 100%. Затем по 20 мл продукта заливалось в стеклянные флаконы и сохранялось при 5°C. Стабильность этих пен определялась визуальным наблюдением.

Измерения взбитости аэрированных смесей непосредственно после аэрирования дали следующие результаты:

Сравнительный аэрированный продукт A взбитость 91%

Сравнительный аэрированный продукт В взбитость 64%

Сравнительный аэрированный продукт С взбитость 90%

Испытания устойчивости воздушной фазы пен, замороженных в состоянии покоя

Некоторые образцы продуктов (A-D) хранились при -80°C. Они были названы «свежими» продуктами.

Некоторые образцы продуктов (A-D) перед возвращением в температурные условия -80°C в течение одной недели выдерживались при -10°C. Они были названы «продуктами, хранившимися в ненадлежащих температурных условиях», так как подвергались действию относительно теплой температуры. Сравнение размеров пузырьков воздушной фазы в продуктах, хранившихся в ненадлежащих температурных условиях, и в свежих продуктах обеспечивает представление об устойчивости пены.

Результаты

Стабильность на холоду

Фигура 1 показывает стабильность аэрированных пен A-D (содержащих МСС/ЕС-поверхностно-активные волокна) после хранения в течение 12 дней при 5°C. Фигура 2 и Фигура 3 показывают стабильность сравнительных аэрированных пен A-C, которые не стабилизировались МСС/ЕС-поверхностно-активными волокнами, после хранения при 5°C в течение 2 часов и 8 дней, соответственно. Эти данные ясно показывают, что пены, стабилизированные МСС/ЕС-поверхностно-активными волокнами, на холоду значительно более устойчивы, чем сравнительные примеры, стабилизированные молочным белком. Сравнительные пены (Фигуры 2 и 3) демонстрируют значительный рост пузырьков и некоторые проявления схлопывания пузырьков (то есть неустойчивость) там, где стабилизированные с помощью поверхностно-активных волокон пены сохраняли мелкие пузырьки и удерживали объем воздушной фазы (Фигура 1).

Стабильность после замораживания

Фиг.4 и 5 показывают полученные с помощью электронного сканирующего микроскопа изображения свежих и хранившихся в ненадлежащих температурных условиях образцов A и D, соответственно. В случае обоих продуктов в продуктах, хранившихся в ненадлежащих температурных условиях, при их сравнении со свежим образцом заметны относительно небольшие изменения в размерах воздушных полостей.

Далее Фигура 6 показывает SEM-изображения как свежих, так и хранившихся в ненадлежащих температурных условиях образцов аэрированной замороженной смеси В, содержащей МСС/ЕС-поверхностно-активные волокна. И здесь имеются относительно небольшие изменения в распределении по размерам воздушных полостей в случае, когда этот продукт хранился в ненадлежащих температурных условиях.

Эти данные демонстрируют возможность получения устойчивых замороженных аэрированных продуктов при использовании поверхностно-активных волокон в качестве основного стабилизирующего воздух ингредиента. Они могут использоваться как эффективные аэрирующие агенты как в простых рецептурах (например, в содержащей только сахарозу и ксантан Смеси A), так и в более сложных рецептурах (например, в Смеси B, содержащей молочный белок, сахар и ксантан, и в Смеси D, содержащей сахарозу, ксантан, молочный белок и жидкое масло).

Пример 11. Сравнительный аэрированный продукт, замороженный в состоянии покоя

Этот пример описывает получение подвергнутых аэрированию и замороженных в состоянии покоя продуктов, стабилизированных без применения поверхностно-активных волокон. Эти примеры приводятся в целях сравнения с продуктами из Примера 10, стабилизированными с использованием поверхностно-активных волокон.

Приготовление базовых смесей

Смеси B и D, приготовленные по подробно представленным в Таблице 4 рецептурам, были созданы в качестве основы для сравнительных примеров. Эти смеси были получены с использованием методики, подобной описанной в Примере 10.

Таблица 4 Ингредиенты и количества/мас.%, используемые для получения Смесей A и D в целях приготовления аэрированных продуктов сравнительных примеров Ингредиент Смесь B, мас.% Смесь D, мас.% Сахароза 25 25 Ксантан 0,3 0,3 SMP 5 5 SFO - 5 Вода 74,7 64,7

Приготовление сравнительного аэрированного продукта B, получаемого при отсутствии либо МСС, либо ЕС

200 г Смеси B было подвергнуто аэрированию при помощи мешалки Bamix DeLuxe® (Bamix, Швейцария) до взбитости в 105%. Пропорциональная доля полученной пены затем была перелита в пластмассовые контейнеры, содержащие приблизительно 15-20 мл продукта. Затем они были помещены на сухой лед (Cardice) для замораживания. Затем спустя 30 минут они были перенесены в морозильник с температурой -80°C.

Соответственно, этот продукт может непосредственно сравниваться с Продуктом В из Примера 10, который имеет подобную рецептуру, за исключением того, что воздушная фаза в нем стабилизирована поверхностно-активными волокнами (МСС с ЕС).

Приготовление сравнительного аэрированного Продукта В, содержащего только добавку ЕС

100 г 1% дисперсии ЕС, приготовленной, как описано в Примере 7, было подвергнуто аэрированию при помощи мешалки Breville с получением общего объема в 250 мл. Приблизительно 50 мл этой пены было смешано с 50 г Смеси B. Согласно оценке невооруженным глазом, во время смешивания происходил быстрый рост пузырьков и пена разрушалась почти немедленно. Никаких количеств продукта для замораживания в состоянии покоя не отбиралось, поскольку почти вся воздушная фаза была утрачена: измеренная после смешивания взбитость составляла менее 20%.

Поэтому можно заключить, что, хотя 1% раствор дисперсии этилцеллюлозы поддается аэрированию, получающаяся пена является неустойчивой, особенно при смешивании с другими ингредиентами рецептуры. При использовании комбинации поверхностно-активных волокон из этилцеллюлозы и микрокристаллической целлюлозы пена является намного более устойчивой (Пример 10, Фигура 6), чем тогда, когда используются только поверхностно-активные частицы этилцеллюлозы, то есть в этом сравнительном примере.

Приготовление сравнительного аэрированного Продукта B, содержащего только добавку МСС

1 г сухой МСС был прибавлен к 100 мл Смеси B и деспергирован легким перемешиванием. Эта смесь была подвергнуто аэрированию при помощи мешалки Bamix DeLuxe® (Bamix, Швейцария) до взбитости в 124%. Пропорциональная доля полученной пены затем была перелита в пластмассовые контейнеры, содержащие приблизительно 15-20 мл продукта. Затем они помещались на сухой лед (Cardice) для замораживания. Затем спустя 30 минут они были перенесены в морозильник с температурой -80°.

Приготовление сравнительного аэрированного продукта D, получаемого при отсутствии как МСС, так и ЕС (т.е. без поверхностно-активных волокон)

Способ A. 200 г Смеси D было подвергнуто аэрированию при помощи мешалки Bamix DeLuxe® (Bamix, Швейцария). Однако была достигнута взбитость лишь в 50%, наиболее вероятно из-за антивспенивающего действия присутствующего масла. Этот эксперимент показывает, что получение устойчивого аэрированного продукта со значительной взбитостью (более 50%) затруднено, когда в смеси присутствует жидкое масло (например, подсолнечное масло).

Способ B. В воде было растворено 5% SMP и 200 г этого раствора аэрировалось с помощью мешалки Hobart Mixer (Hobart Corporation, модель N50СЕ, установлена на скорости 3) в течение приблизительно 5 минут. Пропорциональная доля этой пенной фазы была смешана со Смесью D для получения пены со взбитостью приблизительно 126%. Пропорциональная доля полученной пены затем была перелита в пластмассовые контейнеры, содержащие приблизительно 15-20 мл продукта. Затем они были помещены на сухой лед (Cardice) для замораживания. Спустя 30 минут они были перенесены в морозильник с температурой -80°C.

Соответственно, этот продукт может непосредственно сравниваться с Продуктом D из Примера 10, который имеет подобную рецептуру, за исключением того, что в случае Примера 10 воздушная фаза стабилизирована поверхностно-активными волокнами (МСС с ЕС).

Испытания устойчивости воздушной фазы в сравнительных примерах замораживания

Хранение аэрированных продуктов осуществлялось так, описано в Примере 10. Для последующего анализа устойчивости воздушной фазы с помощью электронной сканирующей микроскопии были приготовлены как «свежие», так и «хранившиеся в ненадлежащих температурных условиях» образцы.

Результаты

Фигуры с 7 по 9 показывают полученные с помощью электронного сканирующего микроскопа изображения свежих и хранившихся в ненадлежащих температурных условиях Сравнительного продукта В, Продукта B, содержащего МСС, и Продукта D.

Сравнительный продукт B

Стабильность воздушной фазы Сравнительного продукта B может наблюдаться на Фигуре 7, представляющей SEM-микрофотографии аэрированного продукта до (свежий) и после воздействия ненадлежащих температурных условий. Микрофотографии показывают наличие значительно дестабилизированной воздушной фазы. Свежий образец содержит много воздушных пузырьков диаметром около 50-100 мкм. Однако после воздействия ненадлежащих температурных условий большая доля воздушной фазы оказывается содержащейся в воздушных пузырьках с диаметром, значительно превышающим 100 мкм; то есть воздушная фаза в этом продукте является не устойчивой к воздействию ненадлежащих температурных условий.

Этот продукт может непосредственно сравниваться с Продуктом B из Примера 10, который имеет подобную рецептуру, за исключением того, что воздушная фаза в нем стабилизирована поверхностно-активными волокнами (МСС с ЕС). При использовании комбинации поверхностно-активных волокон из этилцеллюлозы и микрокристаллической целлюлозы пена является намного более устойчивой (Фигура 6), чем тогда, когда поверхностно-активные частицы не используются, то есть в этом сравнительном примере.

Сравнительный продукт B, содержащий МСС (без ЕС)

Стабильность воздушной фазы в этом аэрированном продукте показана на Фигуре 8. Микрофотографии отчетливо представляют воздушную фазу, являющуюся относительно неустойчивой при воздействии ненадлежащих температурных условий. Это наблюдается в значительном увеличении размера воздушных пузырьков в режиме воздействия ненадлежащих температурных условий. В свежем образце имеется множество воздушных пузырьков с размерами между около 50 и 100 мкм, при том, что образец, хранившийся в ненадлежащих температурных условиях, имеет намного большую долю воздушной фазы, представленной в пузырьках диаметром более 100 мкм.

Эти данные показывают, что применение лишь одних волокон микрокристаллической целлюлозы МСС не обязательно обеспечивает значительную устойчивость пены. Предполагается, что в этом случае следует стабилизировать пену молочным белком, как это имеет место в случае продуктов, приготовленных с использованием Смесей B и D Сравнительного примера. Одна МСС не проявляет значительной поверхностной активности и поэтому не вносит сколько-нибудь заметного вклада в устойчивость пены в этих замороженных смесях. Чтобы стабилизировать пену с помощью МСС, ее поверхностно-активные свойства должны быть модифицированы, например, посредством добавления этилцеллюлозы, которая способствует адсорбции волокон МСС на поверхности пузырька воздуха.

Сравнительный продукт D

Стабильность Сравнительного продукта D показана на Фигуре 9. Микрофотографии показывают наличие воздушной фазы, которая первоначально (в свежем образце) состоит из множества крупных (>100 мкм в диаметре) пузырьков воздуха. При воздействии ненадлежащих температурных условий они еще больше растут и дестабилизируются. Кроме того, при воздействии ненадлежащих температурных условий замечена значительная потеря воздуха, то есть после хранения в ненадлежащих температурных условиях снижается количество присутствующих пузырьков воздуха. Поэтому воздушную фазу в этом продукте можно рассматривать как являющуюся очень неустойчивой.

Этот продукт может непосредственно сравниваться с Продуктом D из Примера 10, который имеет подобную рецептуру, за исключением того, что воздушная фаза в нем стабилизирована поверхностно-активными волокнами (МСС с ЕС). При использовании поверхностно-активных волокон пена является намного более устойчивой (Фигура 5), чем тогда, когда поверхностно-активные частицы не используются, то есть в этом сравнительном примере.

Выводы

В каждом из сравнительных примеров образовывалась воздушная фаза, которая являлась неустойчивой к воздействию ненадлежащих температурных условий, то есть с течением времени пузырьки огрублялись. В каждом из этих случаев поверхностно-активные волокна (например, МСС с ЕС) для стабилизации пены не использовались. Основным стабилизатором пены в каждом из этих случаев являлся молочный белок, который обычно применяется для стабилизирования пены в замороженных пищевых продуктах, таких как мороженое или щербет.

Однако при использовании комбинации поверхностно-активных волокон из этилцеллюлозы и микрокристаллической целлюлозы пена является намного более устойчивой (как показано в Примере 10), чем тогда, когда поверхностно-активные частицы и волокна не используются, или когда используются только поверхностно-активные частицы, либо только волокна.

Пример 12. Аэрированный сорбет, замороженный в состоянии покоя

Этот пример описывает получение двух видов замороженного в состоянии покоя аэрированного сорбета. Один приготовлен с использованием поверхностно-активных волокон (МСС с ЕС), а сравнительный пример стабилизирован с помощью стандартного пищевого аэрирующего агента для сорбетов, то есть Hygel.

Приготовление базовой смеси

Композиция сорбета Смесь E была приготовлена согласно подробно представленной в Таблице 5 рецептуре. Была приготовлена партия в 500 г.

Таблица 5 Ингредиенты и количества/мас.%, используемые для приготовления Смеси E Ингредиент Смесь E, мас.% Сахароза 10,5 Кукурузная патока LF9 17,3 Гуаровая камедь 0,2 Камедь плодов 0,3 рожкового дерева   Hygel 0,2 Пюре из земляники 20 Лимонная кислота 0,2 Вода 51,3

Смесь E готовилась примешиванием кукурузной патоки к перемешиваемой воде и последующим добавлением всех сухих ингредиентов. Затем раствор нагревался до 80°C и пастеризовался при этой температуре в течение двух минут. После этого смесь охлаждалась помещением в ванну с гликолем при -18°C и раствор перемешивался, пока не достигал температуры ниже 10°C. Далее при перешивании было добавлено земляничное пюре и затем смесь до момента применения хранилась при 5°C.

Приготовление аэрированного Продукта E, содержащего МСС и ЕС

Пропорциональные доли пенной фазы МСС-ЕС, приготовленной в Примере 7, были смешаны со Смесью E для получения пен со взбитостью приблизительно 80%. Затем пропорциональная доля полученной пены была перелита в пластмассовые контейнеры, содержащие приблизительно 15-20 мл продукта. После чего они были помещены на сухой лед (Cardice) для замораживания. Затем спустя 30 минут они были перенесены в морозильник с температурой -80°C.

Приготовление сравнительного аэрированного продукта E при отсутствии МСС и ЕС

100 мл смеси Е было аэрировано с помощью мешалки Breville с белком Hygel, действующим в качестве стабилизирующего пену агента. Смесь аэрировалась до взбитости в 111%. Пропорциональная доля полученной пены затем была перелита в пластмассовые контейнеры, содержащие приблизительно 15-20 мл продукта. Затем они помещались на сухой лед (Cardice) для замораживания. Спустя 30 минут они были перенесены в морозильник с температурой -80°C.

Хранение всех аэрированных продуктов этого примера осуществлялось так, описано в Примере 10. Для последующего анализа устойчивости воздушной фазы с помощью электронной сканирующей микроскопии были приготовлены как «свежие», так и «хранившиеся в ненадлежащих температурных условиях» образцы.

Результаты

SEM-микрофотографии обоих аэрированных замороженных щербетов после воздействия ненадлежащих температурных условий показаны на Фигуре 10. Из этих изображений ясно, что после воздействия ненадлежащих температурных условий щербет, стабилизированный с помощью поверхностно-активных волокон (МСС/ЕС), обеспечивает пену с более мелкими воздушными пузырьками, чем сравнительный образец (стабилизированный только белком). В частности, можно заметить, что в сравнительном примере по сравнению с продуктом, стабилизированным поверхностно-активными волокнами, имеется большее количество более крупных воздушные пузырьков с диаметром выше около 150-200 мкм.

Поэтому можно заключить, что применение поверхностно-активных волокон в рецептурах щербета может привести к воздушной фазе, которая является, по меньшей мере, такой же устойчивой (или более устойчивой), как и получаемая с рецептурой, используемой в существующей технологии (то есть с молочным белком).

Пример 13. Аэрированный продукт, замороженный в состоянии покоя

Этот пример описывает получение аэрированного замороженного в состоянии покоя продукта, который содержит высокие уровни как молочного белка (SMP), так и жидкого масла (SFO). Воздушная фаза стабилизировалась посредством применения поверхностно-активных волокон (МСС с ЕС).

Приготовление базовой смеси

Смесь F (мороженое с высоким содержанием белка и высоким содержанием жира) была приготовлена по рецептуре, подробно представленной в Таблице 6. Была приготовлена партия в 500 г.

Таблица 6 Ингредиенты и количества/мас.%, используемые для приготовления Смеси F Ингредиент Смесь F/мac.% Сахароза 25 Ксантан 0,3 SMP 10 SFO 10 Вода 54,7

Смесь F была приготовлена смешиванием сахарозы, сухого обезжиренного молока и ксантана в перемешиваемой воде. Затем раствор нагревался до 60°С, и при перемешивании в течение 5 минут к нему прибавлялось подсолнечное масло. Далее раствор был перемешан с помощью IКА Ultraturrax (модель Т18 Basic, 10 минут на 24000 об/мин), чтобы эмульгировать масляную фазу. Сразу же после этого раствор был подвергнут обработке ультразвуком (Branson ditial sonifier, модель 450), а затем раствор был охлажден помещением в ванну с гликолем при -18°С и раствор перемешивался, пока не достиг температуры ниже 10°С. После чего раствор до применения сохранялся при 5°С.

Приготовление аэрированного Продукта F, содержащего МСС и ЕС

Пропорциональные доли пенной фазы, приготовленной в Примере 7, были смешаны со Смесью F для получения пен со взбитостью приблизительно 136%. Пропорциональная доля полученной пены затем была перелита в пластмассовые контейнеры, содержащие приблизительно 15-20 мл продукта. Затем они были помещены на сухой лед (Cardice) для замораживания. Спустя 30 минут они были перенесены в морозильник с температурой -80°С.

Хранение аэрированных продуктов осуществлялось так, описано в Примере 10. Для последующего анализа устойчивости воздушной фазы с помощью электронной сканирующей микроскопии были приготовлены как «свежие», так и «хранившиеся в ненадлежащих температурных условиях» образцы.

Результаты

SEM-микрофотография аэрированного замороженного продукта после воздействия ненадлежащих температурных условий показана на Фигуре 11. Из этой микрофотографии ясно, что поверхностно-активные волокна могут применяться для стабилизирования воздушной фазы в замороженном аэрированном продукте даже в случае, когда рецептура содержит значительные уровни как молочного белка (то есть другого вида поверхностно-активного материала), так и жидкого масла. После воздействия ненадлежащих температурных условий остается много пузырьков воздуха с диаметром <200 мкм.

Группа изобретений относится к пищевой промышленности, в частности к мороженому, фруктовому льду, замороженному крему и так далее. Продукт имеет взбитость по меньшей мере 30%, содержит поверхностно-активные волокна из невоскообразного материала в количестве от 0,001 до 10 мас.%, которые были подвергнуты модифицированию этилцеллюлозой и/или гидроксипропилцеллюлозой и которые имеют величину соотношения длины к диаметру от 10 до 1000. Способ приготовления продукта включает стадии приготовления водной дисперсии, содержащей поверхностно-активные частицы, добавления волокон к указанной дисперсии в форме сухого порошка или водной дисперсии, введения воздуха и гомогенизации полученной смеси, при которых волокна объединяются с поверхностно-активными частицами in situ на поверхности раздела между воздушной и водной фазами вследствие взаимного притяжения между поверхностно-активными частицами и волокнами для образования устойчивой пены, и замораживания полученной пены. Сухой или жидкий премикс компонентов для производства продукта. Группа изобретений позволяет получить продукт, обладающий хорошей стабильностью воздушной фазы, устойчивостью в хранении, хорошими свойствами таяния, продукт может транспортироваться, не будучи замороженным, без потери формы. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил., 5 табл., 11 пр.

1. Замороженный аэрированный пищевой продукт, имеющий взбитость по меньшей мере 30%, содержащий по отношению к общей массе замороженного аэрированного пищевого продукта от 0,001 до 10 мас.% поверхностно-активных волокон из невоскообразного материала, которые были подвергнуты модифицированию с помощью поверхностно-активных частиц, и которые имеют величину соотношения длины к диаметру от 10 до 1000.

2. Пищевой продукт по п.1, содержащий по отношению к общей массе замороженного аэрированного пищевого продукта от 0,01 до 8 мас.%, предпочтительно от 0,01 до 5 мас.% поверхностно-активных волокон.

3. Пищевой продукт по п.1, в котором волокна имеют угол смачивания на поверхностях раздела воздух/вода или масло/вода 60-120°, предпочтительно 70-110°, более предпочтительно 80-100°.

4. Пищевой продукт по п.1, в котором поверхностно-активные частицы являются этилцеллюлозой и/или гидроксипропилцеллюлозой.

5. Пищевой продукт по любому из пп.1-4, в котором волокна являются волокнами органического или неорганического происхождения.

6. Пищевой продукт по любому из пп.1-4, в котором волокна являются натуральными или искусственными.

7. Пищевой продукт по п.6, в котором волокна являются натуральными.

8. Пищевой продукт по п.7, в котором натуральные волокна изготовлены из углеводов в кристаллической нерастворимой форме, таких как микрокристаллическая целлюлоза.

9. Пищевой продукт по п.8, в котором микрокристаллическая целлюлоза является микрокристаллической целлюлозой, получаемой из микроорганизмов рода Acetobacter.

10. Пищевой продукт по п.7, в котором натуральные волокна являются цитрусовыми волокнами, волокнами лука, волокнами томатов, волокнами хлопчатника или шелком.

11. Пищевой продукт по любому из пп.1-4, в котором волокна изготовлены из стеариновой кислоты, ее производных и сополимеров.

12. Пищевой продукт по п.5, в котором неорганические волокна изготовлены из волокон на кальциевой основе (таких как СаСО₃, CaSO₄), из ZnO, TiO₂, MgO, MgSO₄, Mg(OH)₂, Mg₂B₂O₅, бората алюминия, титаната калия, титаната бария, гидроксиапатита и аттапульгита.

13. Пищевой продукт по п.5, в котором неорганические волокна изготовлены из СаСО₃.

14. Пищевой продукт по любому из пп.1-4, 7-10, 12 или 13, в котором модифицирование волокон достигается химическими и/или физическими средствами.

15. Пищевой продукт по любому из пп.1-4, 7-10, 12 или 13, который является замороженным кондитерским изделием, таким как пломбир, молочное мороженое, замороженный йогурт, шербет, мягкое мороженое, замороженный крем, фруктовый лед, замороженный десерт с фруктами, гранита и замороженное пюре.

16. Пищевой продукт по любому из пп.1-4, 7-10, 12 или 13, который имеет взбитость более 50%, наиболее предпочтительно более 75%.

17. Пищевой продукт по любому из пп.1-4, 7-10, 12 или 13, который является мороженым, содержащим:
0,5-18 мас.% жира к общей массе мороженого,
0,5-15 мас.% обезжиренного сухого молока к общей массе мороженого, 10-30 мас.% сахара к общей массе мороженого, 40-75 мас.% воды к общей массе мороженого и 0,001-10 мас.% волокон к общей массе мороженого.

18. Пищевой продукт по п.17, содержащий жидкое масло или смесь жидких масел.

19. Сухой или жидкий премикс компонентов для производства замороженного аэрированного пищевого продукта в соответствии с любым из пп.1-18.

20. Способ приготовления замороженного аэрированного пищевого продукта по любому из пп.1 -18, включающий стадии:
(a) приготовление водной дисперсии, содержащей поверхностно-активные частицы,
(b) добавление волокон из невоскообразного материала, которые имеют величину соотношения длины к диаметру от 10 до 1000, к указанной дисперсии в форме сухого порошка или водной дисперсии,
(c) введение воздуха и гомогенизация полученной смеси, при которых волокна объединяются с поверхностно-активными частицами in situ на поверхности раздела между воздушной и водной фазами вследствие взаимного притяжения между поверхностно-активными частицами и волокнами для образования устойчивой пены, и
(d) замораживания полученной пены.