Результат интеллектуальной деятельности: БЫСТРОРАСТВОРИМЫЙ ПИТЬЕВОЙ ПРОДУКТ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к порошку быстрорастворимого напитка, а более конкретно, к быстрорастворимому сухому напитку, образующему пену на поверхности при восстановлении в воде.

Уровень техники

В целом, термин «быстрорастворимые напитки» применяют для описания таких продуктов, как чай, кофе или тому подобное, находящихся в твердой форме, легко восстанавливаемых в воде с образованием напитка. Такие напитки обычно находятся в твердой форме и быстро растворяются в горячей воде.

Термин «быстрорастворимый кофе» применяют для описания кофе, который готовят путем экстракции обжаренного и перемолотого кофе, обычно с последующим восстановлением экстракта в порошковый продукт обычными средствами, такими как лиофилизация, распылительная сушка или тому подобное.

Чтобы приготовить напиток, просто добавляют горячую воду к порошку, таким образом, избегая сложного и требующего долгого времени процесса, необходимого для приготовления напитка из традиционного обжаренного и перемолотого кофе.

Однако, в отличие от кофейных напитков, приготовленных из обжаренного и перемолотого кофе, напитки, приготовленные из быстрорастворимого кофе, обычно не имеют мелкой пены на поверхности после восстановления горячей водой.

Пенистая поверхность напитков, приготовленных из обжаренного и перемолотого кофе, обычно связана, и по меньшей мере частично обусловлена, с машинами, заваривающими с водой под давлением и/или паром.

Известно, что эта пена позитивно влияет на ощущение продукта во рту при потреблении, и поэтому высоко ценится многими потребителями. Далее, пена способствует сохранению многих из летучих ароматов в напитке, которые таким образом воспринимаются потребителем, а не теряются в окружающей среде.

Тем не менее, быстрорастворимые напитки, такие как быстрорастворимый кофе, не подходят для применения с аппаратом для варки обжаренного и перемолотого кофе, и поэтому способ вспенивания напитка, полученного из обжаренного и перемолотого кофе, не может быть просто применен для быстрорастворимых напитков.

Вместо этого пена должна быть образована путем простого смешивания быстрорастворимого питьевого продукта и.жидкости.

US-A-6,713,113 раскрывает порошкообразный растворимый ингредиент, образующий пену, имеющий матрикс, содержащий углевод, белок и захваченный сжатый газ. Газ высвобождается при добавлении сухого порошка к жидкости.

US-A-4,830,869 и US-A-4,903,585, оба от Wimmers, et al., раскрывают способ приготовления кофейного напитка, имеющего тонкий слой кофейной пены на поверхности, похожего по внешнему виду на кофе каппучино. Отмеренное количество высушенного распылением растворимого кофе и небольшое количество холодной воды объединяют при энергичном перемешивании до образования вспененного кофейного концентрата. Затем добавляют горячую воду до приготовления кофейного напитка.

US-A-4,618,500 от Forquer раскрывает способ приготовления заваренного кофейного напитка типа эспрессо, имеющего пену на поверхности напитка. Пар вводят в заваренный кофейный напиток для получения пены.

US-A-3,749,378 от Rhodes раскрывает аппарат для вспенивания кофейного экстракта. Газ вводят в кофейный экстракт, и вспененный кофе затем высушивают распылением для приготовления растворимого кофейного продукта с низкой объемной плотностью.

Подобный способ описан в ЕР 0839457 В1 от Kraft Foods, в котором растворимый кофейный порошок вспенивают введением газа. Размер пузырьков газа затем снижают так, что окончательный продукт содержит пузырьки газа менее 10 микрометров.

Многие быстрорастворимые вспененные напитки все еще не достигают таких уровней, поскольку исходно образованная пена не сохраняется при употреблении, или структуры напоминают грубую пену, а не мелкую и однородную (бархатную) пену, необходимую для потребителей. Альтернативно или дополнительно, может просто образоваться недостаточно пены.

Было установлено, что порошки, в частности гранулированные продукты, подобные агломерированным, лиофилизированным текстурам с определенной микроструктурой, позволяют производить растворимый питьевой продукт, обеспечивающий отличную пену и растворение после восстановления в жидкости.

Также было установлено, что агломерация предшественника для образования порошка по изобретению при определенных условиях позволяет производить быстрорастворимый питьевой продукт, обеспечивающий отличную пену при восстановлении в воде.

Известна агломерация пищевых продуктов путем спекания. Например, US-A-6,497,911 от Niro относится к способу приготовления растворимого в воде кофейного или чайного продукта с применением не увлажняемого повторно зернистого материала, полученного из экстракта при высушивании. Во время этого процесса требуется внешнее сжатие продукта, приводящее к тому, что продукт испытывает разрушение структуры внутренних пор.

US-A-5,089,279 от Conopco относится к способу спекания, выполняемому в закрытом контейнере так, чтобы не потерять влажность при спекании. Это пригодно, например, для производства кондитерских изделий, и приводит к получению спеченной массы.

US-A-4,394,395 от Nestle описывает способ производства продукта питания, в котором порошок заполняют в формы, слегка прессуют, а затем нагревают для спекания порошка. Это приводит к образованию формованного пищевого продукта.

Однако это не обеспечивает продукт, обладающий необходимыми характеристиками пористости, требуемыми для вспенивания при восстановлении с водой.

Так, агломерация с применением процесса спекания, как известно, вызывает частичное или полное сплющивание микроструктуры (пор) в продукте, в которой может удерживаться газ. Эту проблему необходимо решить для обеспечения напитка с необходимой вспененной поверхностью.

Таким образом, настоящее изобретение направлено на обеспечение питьевого продукта, который при восстановлении дает напиток с необходимой вспененной поверхностью.

Сущность изобретения

Задача изобретения решена независимыми пунктами формулы. Зависимые пункты формулы дополнительно разрабатывают центральную идею изобретения.

Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает порошок быстрорастворимого напитка, имеющий пенообразующую пористость по меньшей мере 35%, объем открытых пор менее 3 мл/г, и средний диаметр внутренних пор D₅₀ менее 80 микрометров.

В соответствии с другим аспектом изобретения, обеспечивается применение порошка для приготовления быстрорастворимого напитка.

В дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к способу производства порошка быстрорастворимого напитка, включающему этапы:

а) обеспечения порошка на основе пористых частиц;

b) спекания указанного порошка до формирования аглоспека (агломерированного брикета, «агломерационного пирога») и

с) текстурирования аглоспека до получения растворимого сухого напитка, в котором пористая основа порошка характеризуется тем, что пористость частиц составляет по меньшей мере 35%, при этом поры имеют диаметр D₅₀ менее 80 микрометров.

Продукт, получаемый данным способом, также относится к аспекту изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение дополнительно описывается далее со ссылкой на некоторые из его воплощений, показанных на сопроводительных чертежах, на которых:

Фигура 1 является схематическим представлением порошка из настоящего изобретения, показывающим, что гранулят (1) включает закрытые поры (2), открытые поры с диаметром отверстия более 2 микрометра (3) и открытые поры с диаметром отверстия менее 2 микрометра (4).

Фигура 2 является схематической диаграммой процесса настоящего изобретения.

Фигура 3 показывает СЭМ изображения, сравнивающие структуру гранул итогового продукта с различным временем продолжительности спекания, и влияние микроструктуры на качество пены.

Фигуры 4А и 4В показывают картины рентгеновской томографии растворимых гранулятов по изобретению, спеченных в два различных типа предшественников растворимых порошков, соответственно.

Фигура 5 сравнивает различные растворимые продукты на СЭМ изображениях с точки зрения количества полученной пенки. Показанные продукты получены с применением различных технологий, т.е. слева направо, грануляты получены обычной агломерацией паром, типичной лиофилизацией и способами согласно настоящему изобретению.

Фигура 6 является описанием оборудования, использованного для измерения объема пенки образцов, где (6.1) является пластиковой шкалой для измерения объема пены, (6.2) является резервуаром для воды, (6.3) является крышкой сосуда для восстановления, (6.4) является соединительным клапаном, (6.5) является сосудом для восстановления, и (6.6) является выпускным клапаном.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к порошкам быстрорастворимых напитков, обладающих отличной вспененной поверхностью (которая также называется кремом) при восстановлении в жидкости.

В одном воплощении изобретения, быстрорастворимый порошок является гранулятом. Далее термин «гранулят» применяют для описания порошкового продукта, который можно получить путем агломерации более мелких частиц порошка. Таким образом, частицы гранулята включают более мелкие составные частицы порошка. Эти более мелкие составные частицы порошка могут быть частично сплавлены до образования более крупных частиц гранулята.

Далее термин «порошок» применяют взаимозаменяемо для определения порошков настоящего изобретения и более мелких порошков, применяемых при производстве сухих напитков по настоящему изобретению. Данное определение должно быть понятным из контекста.

Далее термин «открытые поры» применяют для определения каналов, присутствующих в порошках данного изобретения. Термин «закрытые поры» применяют для определения полностью закрытых пустот. Таким образом, жидкости, такие как вода, не могут проникать в закрытые поры.

Что касается фигуры 1, можно видеть, что порошки данного изобретения (1) включают закрытые поры (2), открытые поры с диаметром отверстия менее 2 микрометров (4) и открытые поры с диаметром отверстия больше 2 микрометров (3).

При восстановлении в жидкости, порошки изобретения образуют пену. Таким образом, порошки согласно настоящему изобретению могут быть дополнительно определены по их пенообразующей пористости,

Пенообразующая пористость является мерой пористости, которая вносит вклад в образование пены и характеризует потенциальную пенообразующую способность порошка по изобретению. Действительно, открытые поры (3) не вносят вклад в образование пены настолько, или даже в некоторых случаях вовсе не вносят, по сравнению с закрытыми порами (2). Поры с диаметром отверстия менее 2 микрометра (4) также могут вносить вклад в образование пены, поскольку капиллярное давление в этих порах больше давления окружающей среды, и поэтому может способствовать образованию пены. В данном изобретении пенообразующая пористость достигается путем включения закрытых пор (2) и открытых пор, имеющих диаметр отверстия менее 2 микрометров (4).

Таким образом, с целью измерения пенообразующей пористости, учитываются только закрытые поры (2), а также открытые поры (4), имеющие диаметр отверстия менее 2 микрометров, поскольку считается, что они вносят вклад в образование пены. Пенообразующую пористость получают по отношению объема пор, вносящих вклад в образование пены, к объему агрегатов, за исключением объема открытых пор с диаметром отверстия выше 2 микрометров. Ее можно измерить с помощью ртутной порозиметрии или рентгеновской томографии.

Пенообразующая пористость данного порошка составляет по меньшей мере 35%, например, по меньшей мере 40% или по меньшей мере 50%. Предпочтительно пенообразующая пористость составляет от 35 до 85%, более предпочтительно от 40 до 80%, даже более предпочтительно от 40 до 75%, даже более предпочтительно от 45 до 70%, наиболее предпочтительно от 45 до 65%.

Другой характеристикой порошков согласно изобретению являются их открытые поры (3). Эти открытые поры образуют каналы для проникновения жидкости в порошки изобретения. Чем больше объем и размер открытых пор, тем выше проникновение жидкости и лучше растворение. Таким образом, порошки согласно изобретению могут быть охарактеризованы «объемом открытых пор», обеспечивающим достижение способности к растворению порошка по изобретению. Чтобы измерить объем открытых пор на 1 грамм порошка, учитывают объем промежуточных пор с диаметром отверстий от 1 до 500 микрометров. Его можно измерить ртутной порозиметрией.

Настоящие порошки характеризуются объемом открытых пор менее 3 мл/г. Предпочтительно объем открытых пор составляет от 0,4 до 3 мл/г, более предпочтительно от 0,6 до 9,5 мл/г, еще более предпочтительно от 0,8 до 2,5 мл/г, наиболее предпочтительно от 0,8 до 2,0 мл/г.

Также в настоящем изобретении было установлено, что другим фактором, влияющим на растворение и объем пены, полученной при восстановлении, является распределение закрытых пор по размеру, т.е. внутренних пустот (2) и открытых пор с отверстием менее 2 микрометров (4). В соответствии с изобретением, порошки имеют средний диаметр закрытых пор D₅₀ менее 80 микрометров. Предпочтительно поры имеют средний диаметр D₅₀ менее 60 микрометров, более предпочтительно менее 50 микрометров, даже более предпочтительно менее 40 микрометров, наиболее предпочтительно менее 30 микрометров. Распределение пор по размеру основано на распределении пустого пространства.

Распределение пор по размеру может быть охарактеризовано фактором интервала распределения менее 4, предпочтительно менее 3, более предпочтительно менее 2. Фактор интервала распределения получают при рентгеновской томографии. Интервал распределения подсчитывают по следующему уравнению:

,

где D₉₀, D₁₀ и D₅₀ представляют соответственно эквивалентный размер пор, включающий 90%, 10% и 50% от вышеупомянутого распределения пор по размеру. Таким образом, чем ниже фактор интервала, тем более узкое и однородное распределение пор.

Фиг.4 показывает изображения при рентгеновской томографии порошков, произведенных из двух различных предшественников (4А) и (4 В). Эти порошки имеют одно и то же значение пенообразующей пористости. Однако, размеры закрытых пор (2) и открытых пор с диаметром отверстия менее 2 микрометров (4) в порошке (4В) больше.

Следовательно, качество, количество и стабильность пенки порошков согласно изобретению (4А) гораздо выше. Таким образом, порошки по изобретению характеризуются быстрой дезинтеграцией и растворением, отличной пенообразующей способностью.

Таким образом, быстрорастворимый порошок для напитка по настоящему изобретению характеризуется тем, что имеет пенообразующую пористость по меньшей мере 35%, объем открытых пор менее 3 мл/г и средний диаметр закрытых пор D₅₀ менее 80 микрометров.

Размер частиц гранулята настоящего изобретения больше 0,5 мм, предпочтительно больше 1 мм, более предпочтительно больше 1,5 мм.

Порошок по изобретению обычно имеет насыпную плотность 150-300 г/л, предпочтительно 200-250 г/л.

Насыпную плотность (г/мл) определяют путем засыпания порошка в цилиндр, постукивания по цилиндру особым образом для достижения более эффективного уплотнения частиц, регистрации объема, взвешивания продукта, и разделения веса на объем. Используемым аппаратом является встряхивающий денситометр JEL STAV 2003.

Содержание воды в продукте по изобретению предпочтительно составляет от 2% до 4,5%, более предпочтительно от 3% до 4%.

Продукт по настоящему изобретению растворяется в воде до получения стабильной пены без применения добавок. Это позволяет избежать применения эмульгаторов, например, традиционно применяемых в данной области техники для стабилизации пены.

Порошок в соответствии с изобретением предпочтительно является быстрорастворимым кофейным порошком. Альтернативно растворимым напитком может быть кофе с цикорием, зерновой, молочный или немолочный порошок, солодовые напитки. Альтернативно, растворимый напиток может быть изготовлен из цикория и/или зерновых, какао, шоколада, солодовых напитков, молочного или немолочного порошка.

Таким образом, продукт по изобретению может применяться, например, в качестве пенистого растворимого кофейного продукта, или может смешиваться с другими сухими пищевыми и питьевыми ингредиентами, такими как мука, подсластители, и молочные порошки для составления широкого разнообразия рецептур пенистых быстрорастворимых питьевых продуктов.

Продукт по изобретению содержит газ (например, уловленный газ) для формирования пенистой поверхности при восстановлении с водой. Также было установлено, что он растворяется с более высокой скоростью, чем та, что традиционно связывается с быстрорастворимыми питьевыми продуктами.

Порошки по изобретению могут, таким образом, применяться в приготовлении растворимого напитка. Предпочтительно растворимым напитком является кофе. При восстановлении растворимый напиток имеет пенку по меньшей мере 3 мл, при применении 5 г порошка на 200 мл деионизованной воды при 85°С. Количество произведенной пенки можно измерить простым устройством (Фигура 6), состоящим из сосуда для восстановления, соединенного с резервуаром для воды, который вначале блокирован клапаном. После восстановления сосуд для восстановления закрывают специальной крышкой с градуированным капилляром на конце. Клапан между сосудом для восстановления и резервуаром для воды затем открывают, и вода (стандартная водопроводная вода любой температуры) проталкивает восстановленный напиток вверх по капилляру, таким образом, облегчая определение объема пенки.

В способе по изобретению частицы сухого напитка могут быть получены путем нагревания основы порошка выше его температуры стеклования. Предпочтительно, это достигается путем спекания, как описано далее.

В соответствии со способом изобретения и как показано на фигуре 2, на первом этапе обеспечивается порошок на основе пористых частиц. Этот зернистый предшественник может быть, например, порошковым быстрорастворимым кофейным продуктом, произведенным в соответствии с традиционными способами высушивания распылением или лиофилизации экстрактов, полученных из обжаренного и размолотого кофе. Таким образом, в настоящем способе пригодны предшественники, высушенные распылением, высушенные распылением с введением газа, экструдированные с введением газа, лиофилизированные с введением газа и тому подобные. Альтернативно, порошковый предшественник может быть замороженными при распылении частицами. Такие продукты и способы их производства хорошо известны специалистам в данной области техники.

Предпочтительно порошок-предшественник высушен распылением. Обычно предшественник включает частицы быстрорастворимого кофе.

В предпочтительном воплощении порошок на пористой основе характеризуется тем, что имеет пористость частиц по меньшей мере 45%, в то время как поры имеют d₅₀ диаметр меньше 80 микрометров. Такой порошок может быть получен в соответствии со способом, описанным в US 60/976,229. Это обеспечивает преимущество в том, что произведенный быстрорастворимый сухой напиток при восстановлении образует больше пенки.

Насыпная плотность предшественника обычно составляет от 150 до 600 г/л.

Вторым этапом представленного способа является спекание порошка на основе пористых частиц до образования аглоспека. Это достигается путем нагревания основы порошка выше ее температуры стеклования и контроля времени спекания. Было установлено, что зернистый предшественник может быть спечен при специфических условиях, позволяющих пористой структуре спеченных частиц оставаться нативной, и таким образом сохранять необходимое количество газа.

Температура стеклования гранул быстрорастворимого кофе может быть выше или ниже в зависимости от специфического химического состава и уровня влажности. Температура стеклования может намеренно быть повышена или снижена путем простого увеличения или уменьшения, соответственно, содержания влаги в кофейном продукте с помощью любого подходящего способа, известного специалистам в данной области техники.

Температура стеклования может быть измерена с применением установленных методик дифференциальной сканирующей калориметрии или термомеханического анализа. Температура стеклования отмечает изменения вторичной фазы, характеризующиеся трансформацией порошкового продукта из жесткого стекловидного состояния до смягченного резиноподобного состояния. В целом скорости растворимости газа и диффузии выше в материалах при температурах, превышающих температуру стеклования.

Для достижения контролируемого спекания частиц, температура, при которой выполняют спекание, предпочтительно по меньшей мере на 35°C превышает температуру стеклования аглоспека, более предпочтительно на 40°C, и даже более предпочтительно по меньшей мере на 45°C.

В контексте настоящего изобретения термины «увлажнять», «предварительно увлажнять» и тому подобные применяются взаимозаменяемо и таким образом, имеют такое же значение, как термины «смачивать», «предварительно смачивать» и тому подобные.

В настоящем способе предпочтительно предварительно увлажнять или увлажнять порошок способом, при котором внутренняя структура остается нативной.

Чтобы достичь контролируемого спекания частиц, необходимо, чтобы частицы предшественника вначале были высушены до необходимого (внутреннего) окончательного содержания воды перед этапом увлажнения. Было установлено, что это улучшает характеристики пенообразования и растворения спеченного продукта. Частицы, перед увлажнением, предварительно высушивают до содержания влаги от 1 до 7 масс.% по отношению к общей массе частиц, более предпочтительно от 2 до 6%, наиболее предпочтительно от 3 до 5%.

Предварительное увлажнение или одновременное увлажнение при спекании достигается путем воздействия на частицы газом, обычно воздухом, имеющим определенный уровень влажности, или путем конденсации, или путем контакта с распыленной жидкостью. Данный способ отличается от стандартной агломерации тем, что частицы в процессе спекания остаются в контакте одна с другой во время всего этапа увлажнения или смачивания.

Предпочтительно воздух, применяемый для увлажнения поверхности частиц, имеет уровень влажности от 20 до 80%, предпочтительно 60%.

Условия процесса спекания выбирают так, что достигаются необходимые характеристики конечного продукта.

Спекание можно проводить в соответствии с любым хорошо известным способом спекания, хотя предпочтительно конвейерное спекание.

В предпочтительном процессе частицы распределяют предпочтительно на пористой поверхности до образования пласта. Предпочтительно пласт имеет толщину от 1 до 50 мм, более предпочтительно от 2 до 35 мм, наиболее предпочтительно от 5 до 25 мм.

Хотя и необязательно, применение пористого слоя является выгодным, поскольку было установлено, что это позволяет спекать толстый пласт, и таким образом обеспечивает большую пропускную способность продукта. Далее, обеспечение проникновения воздуха через пласт со всех сторон приводит к улучшению однородности степени спекания на протяжении пласта.

Затем пласт подвергается этапу спекания. Обычно пласт для этого этапа транспортируют в зону спекания.

Предпочтительно спекание проводят во влажной атмосфере, при этом указанная атмосфера имеет содержание влаги от 20 до 80%, предпочтительно 60%.

Температура, при которой проводят спекание, предпочтительно находится в диапазоне от 40°C до 90°C, предпочтительно около 70°C.

Во время спекания нагревание осуществляют путем конвекции. Газообразную нагревающую среду пропускают над продуктом и/или через продукт. Этот способ нагревания обеспечивает контролируемое и однородное нагревание продукта.

Спекание нужно проводить в течение периода времени, обеспечивающего правильную степень слияния частиц без индукции нежелательных изменений во внутренней структуре частиц. Как можно видеть на Фигуре 3, длительность спекания влияет на микроструктуру частиц предшественника. Повышение времени спекания приводит к увеличению слияния частиц. Это влияет на пенообразующие свойства спеченного продукта (как показано на Фиг.3).

Фигура 3 представляет с левой стороны напиток с отличной вспененной поверхностью в соответствии с настоящим изобретением, в то время как с правой стороны показан напиток, по существу не имеющий пены.

Если, в соответствии с воплощением изобретения, предшественник является предварительно увлажненным перед спеканием, это в целом влияет на снижение времени продолжительности спекания.

Во время процесса спекания может прилагаться легкое и контролируемое давление сжатия. Однако предпочтительно к пласту не прилагается внешнее давление сжатия. Это важно для получения необходимой пористости пласта. Необходимая пористость является важной для быстрого растворения и образования пенки при восстановлении.

Таким образом, настоящий способ отличается от традиционного спекания, применяющего комбинацию нагревания и повышенного давления, что типично вызывает значительное снижение пористости между частицами и сплющивание внутренней структуры частиц.

Во время процесса спекания продукт поглощает влагу из газообразной нагревающей среды. Итоговая окончательная влажность спеченного продукта составляет от 4% до 12 масс.% по отношению к общей массе продукта. После спекания полученный аглоспек, «брикет» (см. Фиг.2) предпочтительно доводят до необходимой температуры. Это обычно выполняют с помощью потока воздуха с регулируемой температурой, предпочтительно от 10 до 60°C.

На третьем этапе способа аглоспек затем текстурируют до получения растворимого сухого напитка. Обычно текстурирование включает обрезание или измельчение брикета до образования частиц, имеющих необходимый средний диаметр, подобный обычным лиофилизированным или агломерированным растворимым питьевым продуктам. В одном воплощении изобретения, продукт по изобретению не является лиофилизированным. Предпочтительно текстурирование проводят путем продавливания аглоспека (агломерированного бруска) через сито с размером ячеек от 1 до 5 мм, предпочтительно примерно 2,5 мм.

Затем проводят просеивание для удаления «мелких» или излишне крупных частиц из продукта.

Факультативно и выгодно, проводят дополнительный этап высушивания для получения спеченного продукта с содержанием влаги примерно от 2 до 8 масс.% по отношению к общей массе продукта. Предпочтительно конечный продукт имеет содержание влаги от 2% до 4,5%, более предпочтительно примерно 3,5%.

Обычно произведенный быстрорастворимый сухой напиток имеет насыпную плотность предпочтительно между 150-300 г/л.

Настоящий способ обеспечивает преимущества с точки зрения структуры конечного продукта по сравнению с традиционными способами производства. Это проиллюстрировано на Фиг.5.

Например, в традиционном способе агломерации паром, исходные частицы порошка обычно подвергают в агломерационном сопле воздействию пара и определенного давления для столкновения частиц. Пар частично конденсируется на поверхности частиц, вызывая изменение состояния от стекловидного до резиноподобного, и создавая клейкую поверхность, позволяющую частицам агломерировать. Этот процесс обычно происходит в диапазоне времени менее 1 секунды. Таким образом, время контакта между частицами, доступными для слияния, является очень коротким и требует сильного изменения состояния для осуществления агломерации. Это сильное изменение состояния касается не только поверхности частиц, но также затрагивает структуру внутренних пор частиц. Вследствие этого частицы теряют способность к образованию пены.

Напротив, в настоящем изобретении порошок продукта предпочтительно распределяют тонким слоем и подвергают воздействию контролируемой атмосферы с определенной температурой и влажностью. Перенос влаги и тепла из атмосферы к продукту является медленным, так что трансформацию состояния на поверхности частиц можно лучше контролировать. Длительное время контакта оставляет время для медленного слияния частиц. Это позволяет добиться правильной степени изменения состояния, требующейся для необходимого слияния частиц в точке контакта в слое порошка без влияния на внутреннюю структуру, внутри которой уловлен газ. Кроме того, поскольку слой порошка сохраняет необходимый уровень пористости между частицами после слияния, это позволяет улучшить проникновение воды в конечный продукт при восстановлении, что ускоряет дезинтеграцию частиц и растворение в чашке. Быстрая дезинтеграция и растворение обеспечивает своевременное высвобождение газа, существенное для образования пены.

Продукт, полученный посредством способа, описанного выше, обычно включает гранулированные структуры (см. Фиг.1). Такой продукт особенно пригоден для пенистых быстрорастворимых кофейных напитков. Он может также быть пригоден для применения в пенистых быстрорастворимых смесях напитков типа каппучино или латте, имеющих рецептуру с композицией пенистого молочного порошка, содержащего белок; таких как пенистые композиции с молочными порошками, описанные в патенте US №4,438,147 и в ЕР 0458310 или в патенте US №6,129,943, в качестве средства увеличения объема пены напитка, полученного при восстановлении в жидкости.

Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано следующими неограничивающими объема примерами.

Примеры

В следующих примерах все значения являются масс.%, т.е. процентами по массе, если не указано иначе.

Пример 1

Приготовление агломерированного быстрорастворимого кофейного продукта путем спекания на лотке.

Быстрорастворимый кофейный продукт производили в соответствии с поточной диаграммой на Фигуре 2. Высушенный распылением быстрорастворимый кофейный порошок со средним диаметром частиц примерно D₅₀=200 мкм и содержанием влаги 3,5 г H₂O/100 г продукта служил в качестве зернистого предшественника. Этот порошок распределяли на материале с плоской, пористой поверхностью (размер пор 100 мкм) с толщиной слоя продукта 10 мм. Продукт затем помещали в печь с контролируемой атмосферой, где нагревали и увлажняли путем конвекции с горячим и влажным воздухом. Температура воздуха составила 70°C, относительная влажность 60%. Во время этого процесса частицы нагревались и поглощали влагу из влажного воздуха. Частицы сливались в точке контакта (спекания) и формировали брикет агломерированных частиц (аглоспек). Время выдерживания продукта составило 8 минут, а полученная влажность продукта составила 6,5 г Н₂О/100 г продукта. Затем продукт извлекали из печи и охлаждали окружающим воздухом. Его снимали с лотка и пропускали через сито с размером ячейки 2,5 мм. Мелкие частицы диаметром x<1 мм удаляли просеиванием. Агломераты высушивали до окончательного содержания воды 3,5 г H₂O/100 г продукта в кипящем слое с горячим воздухом при 50°C в течение 10 минут. Продукт восстанавливали горячей водой (2 г порошка/100 мл горячей воды) и добивались появления слоя пены на поверхности напитка. Внешний вид пены был подобен пенке, известной как «крем», на напитке из обжаренного и размолотого кофе, полученного в машине для приготовления эспрессо.

Пример 2

Приготовление гранулированного быстрорастворимого кофейного продукта конвейерным спеканием.

Быстрорастворимый кофейный продукт готовили в соответствии с поточной диаграммой на Фигуре 2. Высушенный распылением быстрорастворимый кофейный порошок со средним диаметром частиц примерно D₅₀=100 мкм и содержанием влаги 3,5 г H₂O/100 г продукта использовали в качестве зернистого предшественника. Данный порошок равномерно распределяли на непрерывном конвейере с толщиной слоя продукта 5 мм. Конвейер был изготовлен из пористого материала (размер пор 100 мкм), чтобы обеспечить проникновение воздуха. Продукт на конвейере затем транспортировали в зону с контролируемой атмосферой, где нагревали и увлажняли конвекцией горячего и влажного воздуха. Температура воздуха составляла 70°С, а относительная влажность 65%. Во время этого процесса частицы нагревались и поглощали влагу из влажного воздуха. Частицы сливались в точках контакта (спекания) и формировали брикет из агломерированных частиц. Время выдерживания продукта в зоне спекания составило 130 секунд, а влажность полученного продукта составила 6,5 г H₂O/100 г продукта. Затем продукт пропускали через зону охлаждения, где он подвергался воздействию предварительно высушенного окружающего воздуха. Спеченный аглоспек извлекали из конвейера и пропускали через мельницу с размером пропускания 2,5 мм. Мелкие частицы с диаметром D<0,630 мм удаляли просеиванием. Гранулят высушивали до конечного содержания воды 3,5 г H₂O/100 г продукта в кипящем слое с горячим воздухом при 50°С в течение 10 минут. Продукт восстанавливали горячей водой (2 г порошка/ 100 мл горячей воды) и добивались появления слоя пены на поверхности напитка. Внешний вид пены был подобен пенке на напитке из обжаренного и размолотого кофе, полученного в машине для приготовления эспрессо.

Ртутный порозиметр для оценки пенообразующей пористости, пористости частиц и объема открытых пор.

Для оценки структуры применяли AutoPore IV 9520 (Micromeritics Inc. Норкросс, Джорджия, США). Рабочее давление для интрузии ртути составило от 0,4 фунтов/кв.дюйм до 9000 фунтов/кв.дюйм (с портом низкого давления от 0,4 фунтов/кв.дюйм до 40 фунтов/кв.дюйм и высокого давления от 20 до 9000 фунтов/кв.дюйм). Диаметр пор под этим давлением находился в диапазоне от 500 до 0,01 мкм. Отчетным результатом был объем (мл/г) при различном диаметре пор (мкм).

Готовили точную навеску примерно из 0,1-0,4 г образца и паковали в пенетрометр (объем 3,5 мл, диаметр ствола горловины или капилляра 0,3 мм и объем ствола 0,5 мл).

После вставления пенетрометра в порт низкого давления, образец эвакуировали при 1,1 фунтов/кв.дюйм/мин, затем переключали на среднюю скорость при 0,5 фунтов/кв.дюйм и быструю скорость при 900 мкм Hg. Целевая эвакуация составила 60 мкм Hg. После достижения целевого значения эвакуацию продолжали в течение 5 минут до заполнения ртутью.

Измерения проводили при уравновешивании времени. То есть, точки давления, в которые необходимо отбирать данные, и затраченное время при этом давлении были в режиме уравновешивания времени (10 секунд). В диапазоне давления было собрано примерно 140 точек данных.

Насыпной объем гранулята был получен из исходного объема ртути и держателя образца. Объем открытых пор с диаметром отверстия больше 2 микрометров (3) получали после интрузии ртути до диаметра 2 микрометра. Вычитание этого объема из насыпного объема гранулята дало новый объем гранулята, включающий закрытые поры (2), открытые поры с диаметром меньше 2 микрометров (4) и объем матрикса кофе. Объем закрытых пор, открытых пор с отверстием больше 2 микрометров в грануляте получали путем вычитания объема матрикса кофе из нового объема гранулята. Объем матрикса кофе получали из массы образца и плотности матрикса кофе. Пенообразующая пористость является отношением объема закрытых пор и открытых пор с диаметром отверстия менее 2 микрометров к новому объему гранулята.

Пористость частиц порошка-предшественника можно измерить с помощью способа, описанного в US 60/976,229.

Объем открытых пор на грамм продукта в диапазоне диаметра от 1 до 500 микрометров дает «объем открытых пор».

Определение внутренней структуры частиц кофе микрокомпьютерной рентгеновской томографией.

Сканирование посредством рентгеновской томографии выполняли с помощью 1172 Skyscan MCT (Антверпен, Бельгия) с рентгеновским пучком 80 кВ и 100 мкА. Сканирование проводили с применением программного обеспечения Skyscan (версия 1.5 (форма 0) A (Hamamatsu 10Мр камера), реконструкцию проводили с программным обеспечением Skyscan recon (версия 1.4.4), а трехмерный анализ изображения проводили с программным обеспечением СТАп (версия 1.7.0.3, 64-бит).

Для получения размера пикселя 1 мкм, камеру устанавливали на 4000×2096 пикселей, и образцы помещали в дальнее положение. Время воздействия составило 2356 мс. Сканирование проводили под углом 180°, шагом поворота 0,3° и межкадровым усреднением 4.

Реконструкцию набора данных проводили по 800 срезам в среднем, с установленным контрастом 0-0,25. Сглаживание и уменьшение кольцевых артефактов устанавливали на 1 и 10, соответственно.

Анализ трехмерного изображения проводили по набору данных 1 мкм на пиксель. Анализ проводили в два этапа: (i) первый этап для выбора частицы для анализа путем исключения пустот между частицами; (ii) второй этап для получения распределения пористости в выбранном интересующем участке. Значение пенообразующей пористости, полученное по этой методике, точно соответствовало значению, полученному с помощью ртутной порозиметрии.

Выбор частиц, т.е. интересующего объема.

Изображения с разрешением 1 мкм на пиксель на уровнях серого сегментировали на уровне серого от 30 до 255, очищали путем удаления отдельных пятен менее 16 пикселей, и затем расширяли путем математической морфологии (радиус 3 пикселя). Выбор интересующего объема проводили посредством функции сжатия, а затем этот объем уменьшали математической морфологией (радиус 3 пикселя) для подгонки поверхности частиц.

Распределение пустого пространства в интересующем участке:

Изображения перезагружали и сегментировали на уровне серого от 40 до 255. Затем подсчитывали пенообразующую пористость как отношение объема пор к объему частиц, где объем частиц равен интересующему объему. Структурное разделение дало распределение пор по размеру.