Результат интеллектуальной деятельности: БЫСТРОРАСТВОРИМЫЙ СУХОЙ НАПИТОК

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к быстрорастворимому сухому напитку, предпочтительно быстрорастворимому кофе, который при восстановлении обеспечивает улучшенное пенообразование. Настоящее изобретение также относится к применению такого порошка, а также к способу производства упомянутого порошка.

Уровень техники

Описаны многочисленные способы улучшения пенообразования в быстрорастворимых напитках. Например, WO 97/33482 относится к сухому быстрорастворимому кофейному напитку, который содержит растворимый порошок газосодержащего забеливателя и порошок растворимого кофе. ЕР 0154192 B2 и патент GB 2154422 A описывают способ получения вспенивающегося напитка добавлением воды к порошкообразному материалу, имеющему величину массового соотношения белка к лактозе от 1/3 до 1/5 и содержащему стабилизирующие соли.

Вспенивающий образующий сливки компонент также раскрывается в патенте US 4438147. Способ увеличения пенообразующей способности полученных распылительной сушкой порошков представляется в ЕР 1627572, при этом аморфные частицы порошкообразной растворимой композиции имеют внутренние пустоты, заполненные газом. Другой способ заполнения внутренних пустот сжатым газом для получения вспенивающегося растворимого кофейного порошка представляется в ЕР 1 627 568. Быстрорастворимый кофейный напиток со вспененной поверхностью описывается в патенте US 6 964 789.

Большинство напитков существующего уровня техники касается напитков, имеющих забеливающий компонент, который при восстановлении из концентрата обеспечивает желательную пену. При этом меньшее количество ссылок касается быстрорастворимых напитков, которые не содержат забеливающих компонентов и, тем не менее, образуют на поверхности пену. Композиция такого напитка описана, например, в патенте US 5882717 и в EP 0839457. Согласно сообщению, восстановленный кофейный напиток дает в чашке улучшенную пену, которая имитирует пену, которая образуется на кофе-эспрессо, приготовленном из обжаренного и молотого кофе (пенка на кофе).

Таким образом, имеется поле деятельности для улучшений в области быстрорастворимых напитков с пеной.

Задача настоящего изобретения

В этой связи задачей настоящего изобретения является улучшение количества и устойчивости пены, получаемой при восстановлении быстрорастворимых сухих напитков.

Сущность изобретения

Соответственно, эта задача решается посредством признаков независимых пунктов формулы изобретения. Дальнейшее развитие основной идеи настоящего изобретения представляется в дополнительных пунктах формулы изобретения.

Так, в первом объекте настоящее изобретение относится к быстрорастворимому сухому напитку, содержащему частицы пористого порошка, в котором частицы порошка имеют пористость по меньшей мере в 65%, предпочтительно по меньшей мере 70%.

Также частью настоящего изобретения является применение для приготовления быстрорастворимого напитка порошка.

Третий объект изобретения относится к способу производства быстрорастворимого сухого напитка, включающему этапы:

a) воздействия на экстракт быстрорастворимого напитка давления от 50 до 400 бар, предпочтительно от 150 до 400 бар;

b) добавления газа к находящемуся под давлением экстракту;

c) распыления и сушки экстракта для образования быстрорастворимого сухого напитка,

и к продукту, пригодному для получения указанным способом.

Краткое описание фигур

Далее настоящее изобретение описывается в отношении его некоторых воплощений, проиллюстрированных сопутствующими фигурами, среди которых:

Фигура 1 демонстрирует пористость частиц продуктов согласно изобретению (PI I и PI II) и пористость частиц продуктов существующего уровня техники (РА I, РА II и РА III);

Фигура 2 является диаграммой, демонстрирующей средний диаметр пор (D₅₀) распределения объема пор частиц и шаг этого распределения ((D₉₀-D₁₀)/D₅₀) для продуктов по изобретению (PI I, PI II) и для продуктов существующего уровня техники (РА I, РА II, РА III);

Фигура 3 демонстрирует количество пенки на кофе как функцию пористости для продуктов по изобретению (PI I, PI II) и для продуктов существующего уровня техники (РА I, РА II и РА III);

Фигура 4 является условной схемой, отображающий способ получения порошка по изобретению;

Фигура 5 является чертежом устройства для измерения количества пенки на кофе, образующейся при восстановлении сухого напитка. Внутренний диаметр емкости для восстановления составляет 71 мм, высота внутреннего пространства - 77,5 мм, высота крышки - 65 мм и

Фигура 6 представляет два сечения слоя типичных кофейных частиц по изобретению при двух различных увеличениях, полученных с помощью рентгеновской томографии. Шкала измерения составляет 500 мкм (верхнее изображение) и 250 мкм (нижнее изображение), соответственно.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к композициям быстрорастворимых напитков с улучшенной пенкой. Под «пенкой» подразумевается мелкодисперсная пена, которая образуется на поверхности жидкости. Пенка наблюдается, например, при экстракции обжаренного молотого кофе в условиях высокого давления в специальных машинах для приготовления кофе.

В следующем далее описании в качестве предпочтительного воплощения делается ссылка на композиции быстрорастворимого кофе.

Однако композиция быстрорастворимого напитка может быть также какао, шоколадом, чаем, супом, фруктовыми напитками и т.д.

Под композициями быстрорастворимых напитков подразумеваются сухие композиции растворимых порошков, которые могут быть восстановлены добавлением жидкости, например, горячей или холодной воды, молока, сока и т.д.

Быстрорастворимый кофе по изобретению содержит частицы пористого порошка, которые отличаются тем, что частицы порошка имеют пористость по меньшей мере 55%, предпочтительно по меньшей мере 65%, еще более предпочтительно по меньшей мере 70%. В одном предпочтительном воплощении пористость частиц порошка составляет между 65 и 85%, более предпочтительно между 65 и 80%, еще более предпочтительно между 70 и 80%, наиболее предпочтительно между 70 и 75%.

Пористость может быть измерена известными в данной области способами. Например, пористость может быть определена согласно следующему уравнению:

где Vp - объем частицы, a Vcm - объем матрицы кофе в частице. Эти величины могут быть определены стандартными измерениями, такими как ртутная порометрия или методом рентгеновской томографии.

В этой связи порошок по изобретению характеризуется высокой пористостью по сравнению с известными продуктами (см. Фиг.1). Помимо того, что высокая пористость способствует хорошей растворимости порошка по изобретению, она также делает возможным образование увеличенного количества пенки при восстановлении порошка.

Поры настоящего порошка могут иметь средний диаметр D₅₀ менее 80 мкм, предпочтительно менее 60 мкм, более предпочтительно менее 40 мкм, наиболее предпочтительно менее 25 мкм. Распределение объема пор в частицах определялось рентгеновской томографией. Размер пор, отличающий настоящий порошок, превышает размер пор, раскрываемый в патенте US 5882717. При этом обнаружено, как ни удивительно, что более крупные размеры пор обеспечивают, тем не менее, мелкодисперсную и обильную пенку в конечном восстановленном продукте.

Порошок по изобретению может также характеризоваться шагом распределения объема пор в частице, который определяется рентгеновской томографией. Шаг распределения вычисляется с помощью следующего уравнения:

где D₉₀, D₁₀ и D₅₀ представляют такие диаметры, для которых соответственно 90%, 10% и 50% объемов частиц приходится на частицы с размерами ниже данных величин.

Таким образом, поры порошка согласно изобретению характеризуются показателем шага распределения (n) менее 4, предпочтительно менее 3, более предпочтительно менее 2, наиболее предпочтительно менее 1,5. Чем ниже показатель шага (n), тем более однородным и острым является распределение по размерам. Тем самым продукты по изобретению отличаются более точным распределением по размерам, чем продукты существующего уровня техники (сравнение на Фиг.2).

Размер частиц порошка может характеризоваться, например, срединным диаметром частицы (объемное распределение) X₅₀. Величина Х₅₀ предпочтительно находится в диапазоне между 50 и 500 мкм, как, например, между 100 и 300 мкм или между 150 и 250 мкм.

Преимущества, придаваемые такими характеристиками порошкам по изобретению, включают увеличенную пенку и устойчивость пенки, образующейся при восстановлении порошка в жидкости.

Для первого объекта было обнаружено, что увеличенная пористость обеспечивает повышенную растворимость быстрорастворимого напитка и увеличенное количество пенки. Фиг.3 показывает, что все продукты существующего уровня техники (PA I, PA II и PA III), которые имеют более низкую пористость, чем продукты по изобретению (PI I, PI II), соответственно дают и меньшее количество пенки. Количество получаемой пенки может измеряться с помощью простого устройства (Фигура 5), состоящего из емкости для восстановления, присоединенной к емкости для воды, которая в исходном положении отделена клапаном. После восстановления быстрорастворимого напитка в емкости (5 г порошка на 200 мл деионизированной воды при 85°С для всех упоминаемых здесь результатов) емкость для восстановления закрывается специальной крышкой, которая заканчивается градуированным капилляром. Клапан между емкостью для восстановления и емкостью для воды затем открывается и вода (обычная вода любой температуры) проталкивает восстановленный напиток наверх в капилляр, давая тем самым возможность снимать показания по объему пенки.

Согласно этому способу измерения, продукты существующего уровня техники показали образование от около 6 до 9 мл пенки, в то время как продукт по изобретению давал при восстановлении более 10 мл пенки.

Полагается также, что узкое распределение пор по размерам придает пенке устойчивость, которая не наблюдается в продуктах существующего уровня техники. С еще большей неожиданностью было обнаружено, что комбинация размеров пор согласно вышеприведенному определению с узким распределением по размерам и с высокой пористостью сообщает восстановленному продукту улучшение органолептических свойств в отношении текстуры пены, устойчивости и количества.

Хотя это и не исключается настоящим изобретением, присутствие забеливающего компонента, молочных белков, жира, стабилизирующих солей и других подобных материалов, которые применяются во многих продуктах существующего уровня техники для предоставления продукта с пеной, необходимым не является. Таким образом, напиток с пеной может быть получен без применения каких-либо добавок простым модифицированием вышеупомянутых параметров частиц порошка. В одном воплощении сухой напиток изобретения содержит забеливающий компонент и/или заменитель молока.

Таким образом, обеспечивается применение порошка по изобретению для приготовления быстрорастворимого напитка. Предпочтительно быстрорастворимым напитком является кофе. Восстановление порошка по изобретению в жидкости обеспечивает быстрорастворимый напиток, имеющий пенку по меньшей мере в 10 мл (используя 5 г порошка в 200 мл воды). Как показано на Фиг.3, это является значительным улучшением по сравнению с известными продуктами.

Способ приготовления настоящего быстрорастворимого сухого напитка проиллюстрирован на Фиг.4. На первом этапе экстракт быстрорастворимого напитка подвергается воздействию высокого давления, обычно от 50 до 400 бар, предпочтительно от 150 до 350 бар. До и/или после насоса (2) высокого давления экстракт может быть перемешан в смесителе (1). Таким образом, с помощью насоса (2) высокого давления быстрорастворимый напиток подается к распылительной форсунке (3). В одном предпочтительном воплощении экстракт является настоем кофе, имеющим содержание сухих веществ 35 - 70% при температуре от 10 до 70°C, предпочтительно от 30 до 70°C. Может быть предпочтительным поддержание количества масла в настое кофе на низком уровне.

К находящемуся под давлением экстракту добавляется газ, например, в одном воплощении - в точке между насосом (2) высокого давления и распылительной форсункой (3). В другом воплощении газ добавляется к экстракту до насоса высокого давления. Как правило, газ выбирается из азота, диоксида углерода, закиси азота или аргона. Предпочтительным является азот. Количество добавляемого газа контролируется таким образом, чтобы весь газ растворялся в экстракте. Газ может добавляться с водой или водным раствором. Так, вода или водный раствор могут быть насыщенными или пересыщенными указанным газом. В этом случае вода или водный раствор добавляются к находящемуся под давлением экстракту. Вода или водный раствор могут, кроме того, содержать ароматизирующие вещества, усилители пенообразования, стабилизирующие пену компоненты и т.д. Для обеспечения постоянной концентрации растворенного газа может использоваться статический смеситель или же перемешивающее устройство/смеситель (1) вращательного типа.

Находящийся под давлением экстракт затем распыляется через распылительную форсунку (3). Вследствие резкого перепада давления на распылительной форсунке происходит высвобождение растворенного газа и образование пузырьков газа в распыляемых капельках. Температура в башне во время распылительной сушки может быть, например, между 70 и 115°C. Пористая структура получающегося быстрорастворимого сухого напитка затем закрепляется тепловым воздействием (распылительной сушкой).

Быстрорастворимый напиток, пригодный к получению вышеописанным способом, также является частью настоящего изобретения.

Настоящее изобретение далее поясняется следующими неограничивающими примерами.

Примеры

Быстрорастворимые сухие напитки по изобретению были получены:

- Экстракцией 85% смеси кофе робуста с помощью стандартной технологии получения быстрорастворимого кофе с последующим концентрированием экстракта до уровня содержания сухих веществ 45-55%.

- Нагреванием экстракта до температуры между 50 и 60°C и подверганием его воздействию давления между 130 и 160 бар при скорости потока экстракта между 600 и 800 кг/час. Впрыскиванием азота в количестве 1-3 (например, 1,3 или 2,0) литров на килограмм твердого вещества в находящийся под давлением в 150 бар экстракт, приводящим к растворению азота.

- Распылительной сушкой экстракта при температуре в башне в 70-90°C.

Ртутный порозиметр для оценки пористости частиц

Для оценки структуры использовался прибор AutoPore IV 9520 (Micromeritics Inc. Norcrose, GA, США). Рабочее давление при интрузии ртути составляло от 0,4 до 90 фунтов на кв. дюйм (при характеристиках портов низкого и высокого давления, составляющих от 0,4 до 40 фунтов на кв. дюйм и от 20 до 90 фунтов на кв. дюйм, соответственно). Под этим давлением величины диаметра пор находились в диапазоне от 500 до 2 мкм.

Были точно взвешены образцы массой от около 0,1 до 0,4 г и помещены в пенетрометр (объем 3,5 мл, диаметр шейки или капиллярного стержня 0,3 мм и объем капиллярного стержня 0,5 мл).

После введения пенетрометра в порт низкого давления образец вакуумировался со скоростью 1,1 фунтов на кв. дюйм в минуту, которая затем переключалась при давлении 0,5 фунтов на кв. дюйм на среднюю скорость и на быструю скорость при 900 мкм Hg. Задаваемая степень вакуумирования составляла 60 мкм Hg. После достижения заданного разрежения перед заполнением ртутью вакуумирование продолжалось еще в течение 5 минут.

Измерения проводились в условиях равномерно задаваемых интервалов времени. То есть величины давления, при которых должны сниматься данные, и продолжительность нахождения под таким давлением находились в режиме равномерно заданных (10 секунд) временных интервалов. В этих диапазонах давлений было снято примерно 140 точек данных.

Величина общего объема образца определялась по начальному объему ртути и объему держателя для образца. Объем внутренних пустот в частицах определялся после интрузии ртути вплоть до 2 мкм. Вычитание объема внутренних пустот частиц из общего объема образца дает объем частиц. Объем пор частицы получается вычитанием объема кофейной матрицы из объема частиц. Объем кофейной матрицы получается из массы образца и плотности кофейной матрицы. Пористость частицы представляет собой отношение объема пустот в частице к объему частицы.

Определение внутренней структуры кофейных частиц микрокомпьютерными вычислениями по данным рентгеновской томографии и анализом трехмерного изображения

Получение изображений

Сканирование на рентгеновском томографе проводилось с помощью установки 1172 Skyscan MCT (Антверпен, Бельгия) с рентгеновским пучком в 80 кВ и 100 мкА. Сканирования выполнялись с программным обеспечением Skyscan (версия 1.5 (программная сборка 0) А, (10 Мп камера Hamamatsu), обработка вычислений программным обеспечением Skyscan recon (версия 1.4.4).

Кофейные частицы подвергались сканированию в трубке из полистирола (диаметр 1,6 мм, высота 2 мм), либо слоем кофейных частиц покрывалась и затем сканировалась клейкая лента (максимальный диаметр 4 мм). Для получения величины пикселя в 1 мкм фотокамера имела настройку 4000×2096 пикселей и устанавливалась в режиме удаленной съемки. Время экспозиции было 2356 мс. Сканирование выполнялось по 180°, шаг вращения составлял 0,3°, а межкадровое усреднение проводилось по 4 кадрам.

Восстановление массива данных выполнялось в среднем по 400 срезам, с установкой контраста на уровне 0,008-0,22. Режимы сглаживания и снижения кольцевых артефактов были установлены на уровнях 1 и 5, соответственно.

Трехмерный анализ изображений

Трехмерный анализ изображений выполнялся на наборах данных с разрешением 1 мкм/пиксель с помощью программного обеспечения СТАn (версия 1.7.0.3, 64-битная). Анализ проводился в два этапа: (i) первый этап выбора частиц для анализа посредством исключения внутренних пустот частиц, (ii) второй этап получения распределения пористости частиц. Величины пористости частиц, полученные с помощью этой методики, хорошо согласуются с данными ртутной порометрии.

(i) Отбор частиц, то есть интересующего объема.

Изображения с разрешением режима серого в 1 мкм на пиксель (255 уровней серого) были сегментированы при уровне серого 30, очищены удалением всех одиночных точек размерами менее 16 пикселей, а затем увеличены с применением математической морфологии (радиус в 3 пикселя). Отбор интересующего объема был выполнен посредством использования «функции термоусадочной упаковки» (shrink-wrap function), a затем этот объем был подвергнут размыванию с помощью математической морфологии (радиус 3 пикселя) для адаптации к поверхности частиц.

(ii) Распределение объема пор в частицах.

Изображения перезагружались в режиме серого и сегментировались при уровне серого 40. Пористость частиц затем вычислялась как соотношение объема пор и объема частиц, при этом объем частиц равнялся определенному выше в (i) интересующему объему. Разделение структуры дало распределение по размерам пор частиц.

Сухие напитки были получены вышеописанным способом и охарактеризованы вышеописанными способами. Результаты представлены на Фигурах 1, 2 и 3, где PI I и PI II представляют сухие напитки по изобретению, полученные из настоя кофе, a PA I, PA II и PA III является сухими напитками, полученными из настоя кофе способами существующего уровня техники. PA II и PA III являются коммерческими растворимыми кофейными порошками, предлагаемыми в продаже в качестве обеспечивающих напиток эспрессо с хорошей пенкой. Фигура 6 показывает типичные примеры структуры частиц кофейного напитка по изобретению.