способ получения диспергируемого в воде макроколлоида типа эмульсии "масло в воде"

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРГИРУЕМОГО В ВОДЕ МАКРОКОЛЛОИДА ТИПА ЭМУЛЬСИИ "МАСЛО В ВОДЕ", предусматривающий подготовку исходного сырья для заменителя жира, выделение и осаждение макроколлоидных частиц, гомогенизацию и удаление водной фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения качества целевого продукта и его стабильности при тепловой обработке, в качестве исходного сырья используют водный раствор углерода с содержанием углерода 1 20 мас. выделение макроколлоидных частиц осуществляют путем приложения сдвиговых усилий для превращения указанного раствора в гель, в котором средний размер частиц составляет 0,1 4 мкм с менее чем примерно 2% от общего количества частиц, которые превышают 5 мкм в диаметре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед гомогенизацией осуществляют поперечное связывание углерода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после гомогенизации водный слой, полученный при осаждении макроколлоидных частиц,фильтруют.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углерода используют крахмал, или дестрин, или смолу, или конджек, или целлюлозу, или их смесь.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углерода используют поперечно-связанный крахмал хиноа, поперечно-связанный декстрин, поперечно-связанный конджек или альгинат кальция.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к заменителям сливок. В частности, углеводные частицы существенно сферической формы имеют такое распределение частиц по размеру, которое создает ощущение во рту жира или сливок от пищи. Кроме того, предлагаемое изобретение относится к способам имитации вкуса жира/сливок и улучшения пищевых продуктов, содержащих настоящие углеводные частицы в качестве заменителя всего или части жира/сливок, обычно присутствующих в пищевых продуктах.

В технике известны заменители жира, например, в качестве жировых заменителей известен класс жидких полимеров, таких как сложные полиэфиры сахарозы. Однако известно, что эти полиэфиры выносят витамины из кишечника, в результате чего последние не усваиваются организмом. Кроме того, низкомолекулярные полиэфиры сахарозы вызывают большие расстройства, описываемые в медицинской и патентной литературе как "guapll". В литературе также описаны антидиарейные препараты, используемые в сочетании с жировыми полиэфирными заменителями.

Известно, что более высокомолекулярные сложные полиэфиры сахарозы, обладающие при температуре человеческого тела (примерно при 38^оС или 100^оС) вязкими-твердыми-воскоподобными свойствами, не вызывают диарею. Однако такие высокомолекулярные сложные полиэфиры сахарозы способны имитировать жироподобные вкусовые ощущения при относительно высоких температурах, и потому требуется быстро поглощать пищевые продукты, в состав которых входят полиэфиры, до их перехода в воскоподобное состояние. Использование таких высокомолекулярных полиэфиров сахарозы очень ограничено. См.например, Европейскую патентную заявку 87870021.0 (номер публикации 0236288 от 9 сентября 1987) патенты США 3600186, 4005196, 3954976 и 4005195.

Сингером с сотр. патент США N 4734287, раскрываются неагрегатированные частицы денатурированного белка сыворотки в качестве заменителя жира/сливок, то есть наличие у них существенно приятных эмульсионно-подобного органолептического характера. Жировые заменители Сингера не могут использоваться, если продукт подвергают продолжительному воздействию высоких температур, то есть жарению, кипячению, печению, так как белковые частицы сыворотки будут сворачиваться, теряя при этом эмульсионно-подобный характер.

Настоящим изобретением предлагаются заменители сливок, обычно стабильные при нагревании и не вызывающие диарею при их употреблении в пищу.

Хорошо известно, что углеводы образуют гели. Крахмал и декстран могут существовать в сфероидальной форме, либо получаться в таком виде, например, в виде сшитых декстрановых шариков марки Сефедекс, используемых в насадочной хроматографии. Размер таких шариков меняется в пределах примерно 0,25-10 мм. Углеводы такой сферической формы устойчивы к действию тепла, сдвига и кислот. Однако получение макроколлоидальных частиц углеводов, описываемых и заявляемых в настоящей заявке, до настоящего времени не было известно.

Вкратце, в соответствии с настоящим изобретением углеводные частицы существенно сферической формы обладают жироподобными вкусовыми признаками в тех случаях, когда гидратированные частицы имеют средний гранулометрический состав в пределах примерно 0,1-4 мкм при менее чем 2% от содержания от общего числа частиц размера более 5 мкм. Частицы не агрегируются и проявляют нежные органолептические свойства, присущие эмульсиям типа масло в воде. Настоящий макроколлоид может полностью или частично заменять жир или сливки в пищевых продуктах, таких как мороженное, йогурт, майонез, салатные приправы, крем, сливочный сыр, другие виды сыров, сметана, соусы, сахарная глазурь, сбитые сливки, замороженные сласти, молоко, кофейная добавка и продукты, намазываемые на хлеб.

Предпочтительны крахмалы, декстран, камеди и целлюлозы, которые образуют стабильные суспензии частиц сферической формы и имеют гранулометрический состав, эффективный с точки зрения придания продукту нежного органолептического характера, который присущ эмульсиям типа масло в воде, то есть вкуса жира/сливок.

При осуществлении предлагаемого изобретения гидратированные углеводные частицы, обладающие существенно сферической формой и средним гранулометрическим составом в пределах примерно от 0,1 до 4 мкм с числом частиц, размер которых превышает 5 мкм, не более примерно 2% добавляют в пищевые продукты, содержащие жир/сливки, для полной или частичной замены жира или сливок. Получаемые пищевые продукты на вкус являются подобными крему.

Любые углеводы, которые могут принимать сферическую или существенно круглую форму с размером частиц 0,1-5 мкм, пригодны для осуществления предлагаемого изобретения. Приемлемые углеводы включают крахмалы, камеди и целлюлозу. Возможно использование смесей различных углеводов. Предпочтительные углеводы включают крахмалы, поскольку в естественных условиях они существуют в гранулированном виде, хотя наиболее часто встречающиеся гранулы крахмала значительно больше указанного диапазона. Используемые в практике предлагаемого изобретения крахмалы модифицированы поперечной сшивкой для предотвращения чрезмерного набухания частиц крахмала сверх этого диапазона. Модифицирование поперечной сшивкой хорошо известно в технике. К числу приемлемых сшивающих агентов принадлежат фосфаты, хлорангидрид фосфорной кислоты и дикарбоновые ангидриды. Предпочтителен сшитый крахмал хиноа, который является тонким крахмалом с частицами диаметром примерно 1-5 мкм.

Другие приемлемые углеводы включают кальциевый альгинат, сшитый декстран, gellan камедь, кудлан, конджек, хитин, шизофиллан и читозан. Углеводы, которые не обладают естественной круглой формой, требуют обработки, с помощью которой им придается существенно сферическая форма. Это достигается приготовлением раствора углевода и быстрого его превращения в гель при высокой однородности (обычно в области высоких сдвигов). В результате получают узкое распределение желатинизированных микрочастиц с диаметром в пределах примерно 0,1-5 мкм. Обычно поток раствора углевода направляют в высокотурбулентную зону, где получают желатинизированные микрочастицы. Возможно применение высокоскоростного перемешивания и высокого сдвига.

Макроколлоидные альгинаткальциевые частицы получают из раствора альгината натрия, который вводят в раствор, содержащий ионы кальция, через, например, сверхзвуковое сопло или любое устройство, позволяющее разбить струю на капли размером менее 5 мкм. Желлан может разбиваться на микрочастицы с помощью струи, охлаждающей горячий желлановый раствор через любое устройство, способное, давая капли диаметром менее 5 мкм, что приводит к получению сферических макроколлоидных частиц. Конджек может микроизмельчаться путем введения раствора в турбулентную нагретую щелочную реакционную зону.

Аппаратура и способы смещения по патенту США 4828396 пригодны для получения микрочастиц углеводов по настоящему изобретению.

После того, как будут получены макроколлоидные углеводные частицы, они в последующем не должны существенно агрегироваться и должны оставаться таковыми. Для стабилизации частиц можно добавлять вещества, препятствующие агрегированию, например лецитин, пектин и ксантан. В патенте США 4734287, включенном в качестве ссылки, раскрываются макроколлоиды из белка сыворотки, пригодные в качестве жировых заменителей, и вещества, препятствующие агрегированию.

Углеводные макроколлиоды по настоящему изобретению включают примерно 1-20 мас. углевода в зависимости от способности конкретного углевода связывать воду. При добавлении в пищевые продукты гидратированный макроколлоид заменяет обычно на равной массовой основе удаляемый жир, то есть 1 мас.ч. жира/сливок заменяется на 1 мас.ч. гидратированного макроколлоида. Макроколлоид может использоваться в большем или меньшем количестве, что зависит от требуемой степени соответствия получаемого продукта консистенции сливок.

В аналогичных вариантах различные углеводные частицы, описанные в заявке, действуют в качестве заменителей жира/сливок в продуктах. Углеводные макроколлоиды по настоящему изобретению также могут использоваться совместно с другими жировыми заменителями, включающими белковые макроколлоидные жировые заменители Сингера с сотр. по патенту США 4734287, сложные полиэфиры сахарозы и тому подобные. Углеводные частицы имеют существенно сферическую форму и по гранулометрическому составу способны придавать органолептические показатели, соответствующие жировым эмульсиям типа масло в воде, то есть сливкам. Средний гранулометрический состав колеблется в пределах примерно 0,1-4 мкм, при этом общее число частиц диаметром более 5 мкм меньше 2%

П р и м е р 1. Заменитель на основе крахмала хиноа.

В соответствии с настоящим примером готовили заменитель сливок, используя крахмал, выделенный из зерен хиноа, 2400 г зерен (фирмы Хиноа, Боулдер, шт. Колорадо) пропитывали в соответствии с методикой Атвелла с сотр. ("Характеристика крахмала хиноа", Cereal.Chem. 60 9 (1983)) в 6 л 0,1 молярного раствора ацетата натрия, рН которого регулировали до 6,5 20%-ной соляной кислотой в течение 24 ч примерно при 4^оС. 80-граммовые порции этого вещества перемешивали при высоких скоростях в течение 1,5 мин в мешалке Уорена и затем пропускали через набор сит. Последними были сита N 400 в соответствии со стандартом США для ситового анализа. После просеивания молочный шлам центрифугировали при 3000 g 16 мин. Верхний слой (светло-серый -светло-коричневый) и также водный слой сбрасывали. Нижний слой (белый) повторно суспензировали в воде и вновь центрифугировали. Гранулу, полученную при втором центрифугировании, которая содержала очищенный крахмал, подвергали вакуумной сушке (ниже 40^оС, давление 60 мм рт.ст.), промывали спиртом для экстрагирования жира, фильтровали и вновь подвергали вакуумной сушке.

Экстрагированный крахмал хиноа затем сшивали в соответствии с методикой Керра с сотр. (патент США N 2801242) 50 г экстрагированного крахмала смешивали с 120 г воды и добавляли 5 г хлорида натрия, поднимая концентрацию натрия до 0,4 моль. Затем к суспензии добавляли 5 г триметафосфата натрия, с помощью 4% -ного едкого натра доводили рН до 11,6. Затем массу нагревали до 40^оС и выдерживали при этой температуре 8 ч при перемешивании. Ежечасно проверяли рН смеси и при необходимости регулировали рН 4%-ным едким натром до 11,60. Реакцию прерывали, добавляя к смеси 20%-ную соляную кислоту до рН 5,2. Массу фильтровали, промывали, повторно фильтровали и сушили в вакууме, получая сшитый крахмал хиноа.

Готовили смесь сшитого крахмала хиноа и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) (7НОFCMC, фирма Аквалон, г. Вилмингтон, шт. Делавер), добавляя 0,15% (мас. /мас. ) КМЦ и 10% (мас./мас.) дисперсии сшитого крахмала хиноа. При перемешивании нагревали до 95^оС хиноа и КМЦ и затем охлаждали. Шламы естественного хиноа и сшитого хиноа в воде также нагревали до 95^оС и затем охлаждали.

Когда естественный крахмал хиноа в гранулированной форме нагревали, он набухал и, оставаясь неповрежденным в конце эксперимента, имел размер частиц 3,5 мкм (по данным микроскопии). Набухшие гранулы казались очень рыхлыми, и наблюдалось, что большинство имело разрывы (что обычно для природных крахмалов).

Приготовленная дисперсия природного крахмала хиноа обычно представляет собой полупрозрачную белую гель-пасту, имеющую текстуру пасты. Сшитый хиноа, с другой стороны, представлял собой белую умеренно вязкую жидкость, которая обладала приятной до некоторой степени консистенцией сливок. Разбавленную КМЦ (которая сама по себе не являлась кремом) добавляли к приготовленному сшитому крахмалу хиноа, в результате чего получали более низкой плотности белую способную к образованию пор жидкую среду, которая обладала ярко выраженной текстурой крема.

П р и м е р 2. Конджековый заменитель сливок.

В соответствии с настоящим примером заменитель сливок готовили из муки конджека. Упаковку 0,25 г (9 унций) конджека (Аморфофалус Конджек, К.Кох из Везуки Шокухин корп. Япония) смешивали с 300-400 г воды в мешалке Уорена в течение 30 с при высокой скорости. Образцы подвергали сдвигу, используя мешалку Сильверсена с насадкой. Для прокачки через насадку в противоположном сдвигу направлении применяли перистальтический насос (Мастерфлекс, Коле-Пармер инструменто), работающий в режиме максимальной скорости. Скорость мешалки регулировали из условия, чтобы был минимальный поток через систему. Рециркуляцию образца со сдвигом вели в течение 5-10 мин. Обработанный таким образом образец затем гомогенизировали десятикратно при давлении 620 атм (620 бар, 9000 фунтов/дюйм²) в гомогенизаторе модели Мини-лаб, типа 8, ЗОН, Ранни a/S Альбертолунд, ФРГ) и фильтровали через фильтр Ватмана N 1, используя вакуумный насос. Фильтрат затем центрифугировали для отделения частиц.

Частицы Конджека, присутствующие в фильтрате, обладали сферической формой, и имели размер 2-5 мкм. Индивидуальные частицы проявляли тенденцию к комкованию в гроздья. Анализом также установлено, что частицы имеют размер 1,5-5 мкм. Гранулы частиц конджека, приготовленные центрифугированием, были полупрозрачными, гелеподобными и отчетливо скользкими на ощупь.

П р и м е р 3. Конджековый заменитель крема.

В соответствии с настоящим примером применяли альтернативный способ приготовления кремового заменителя из муки конджека. В смеситель, в чашку с плоским пестиком, который работал на скоростном режиме 4, при работе мешалки добавляли 12,88 г муки конджека, и перемешивание продолжали две минуты. После перемешивания в течение 2 мин добавляли 25% объема воды, предварительно нагретой (205,12 г) до 82^оС (180^оФ). Продолжали перемешивание и добавляли еще три 25% -ных объемов горячей воды в течение двухминутных интервалов. Затем к раствору добавляли 13,68 г (7% мас./мас.) шлама гидроксида кальция (Бейкер Дж.Т. Филипсбург Нью-Джерси) и перемешивали массу 30 с. Смесь затем помещали в емкость глубиной 25-50 мм (1-2 дюйма), тщательно разравнивали при выдержке в течение 8 ч при 50^оС и при продувке азота. После указанного нагрева смесь давала плотный гель.

Гель нарезали полосками шириной примерно 6 мм (0,25 дюйма) и длиной 51 мм (2 дюйма). Эти полоски добавляли в гомогенизатор роторно-статорного типа (производства фирмы Росо) вместе с 75 г воды на каждые 100 г геля. Гель замешивали в течение 5 мин при 3/4 полной скорости. Вещество затем гомогенизировали десять раз при 800 бар 311600 фунт/дюйм²), применяя гомогенизатор высокого давления Ранни. Гомогенизированное вещество фильтровали через фильтровальную бумагу Ватман N 1 в воронке Бухнера под вакуумом, и скользкую пастообразную фильтровую лепешку переводили в емкость для хранения, когда оставалась только паста. В расчете на каждые 100 г используемого геля конджека получали примерно 10 г фильтровой лепешки.

Фильтровую лепешку анализировали на фотосистеме Дэпл (Саннивейл, шт. Калифорния). Было установлено, что дегидратированные частицы, проанализированные по слайдам, имеют объемно взвешенный средний эквивалентный диаметр 0,8 мкм. Анализом гидратированных частиц по методу Колтер Мультисайзер установлено, что их средний объемный диаметр 3,12 мкм и числовой средний диаметр 1,17. Определенное число частиц составляло величину 1,39 х 10⁹ в 1 мл 1%-ного раствора. Полагают, что разница в величинах диаметров, определенных различными методами, частично может быть обусловлена тем фактом, что в методе отражения на микроскопном слайде измеряли высушенные частицы, в то время как в методике Колтер Мультисайзер измерения проводили на гидратированных частицах. Было установлено, что фильтровая лепешка является кремоподобной и скользкой на вкус.

П р и м е р 4. Альгинатный заменитель сливок.

В соответствии с настоящим примером заменитель сливок готовят из альгината. Раствор 0,5% (мас./мас) альгината натрия (Келгин ХL, фирма Келко, Сан Диего, шт. Калифорния) получают смешением 4,0 г альгината натрия с 796 г воды. Раствор центрифугируют при 2000 g для удаления малого количества нерастворимого вещества. Затем прозрачный раствор вводят в жидкостную процессорную аппаратуру, описанную в патенте США N 4828396, которая была незначительно изменена при осуществлении этого примера. Конкретно, отверстие, обычно используемое для установки термопары, заменяли хроматографической перегородкой внутри шестигранной гайки. Это изменение имело своей целью обеспечить ввод раствора хлорида кальция трехкубичным шприцем с использованием иглы 20 номера, при работе жидкостного процессора.

Процессор заполняли приблизительно 330 г раствора альгината натрия, приготовленного в соответствии с методикой выше, и после уплотнения крышки включали аппарат и осуществляли работу со скоростью 5720 об/мин. К раствору, подвергаемому перемешиванию, быстро с помощью шприца добавляли 18 мл 2%-ного раствора хлорида кальция. Перемешивание продолжали в течение последующих 10 мин. Циркуляцией воды в рубашке осуществляли охлаждение, необходимое из-за тепла, выделяемого в аппарате.

Полученная дисперсия включала микрочастицы альгината кальция. Размер микрочастиц по данным микроскопии составлял величину в пределах 1 мкм. Эти результаты совпадали с данными определений по методу Колтер Мультисайзер. Средний диаметр частиц 1,35 мкм.

П р и м е р 5. Альгинатный заменитель сливок.

В соответствии с настоящим примером использовали альтернативный способ получения альгинатного заменителя сливок. Раствор 150 г 2%-ного (мас./об.) альгината натрия (Кельгин ХL, фирма Келко, Сан Диего, шт.Калифорния) добавляли к 400 г 10%-ного (мас./мас.) раствора хлорида кальция (Маллинкродт, Париж, шт. Кентуки) при смешении в смесителе Диспермат при 500 об./мин. Вещества перемешивали в течение пяти минут для того, чтобы гарантировать вступление в реакцию всего альгината. Позволяли выделиться осадку и сливали избыток раствора.

Оставшийся раствор и осадок направляли в жидкостной процессор по патенту США N 4828396 и перемешивали 10 мин при 5270 об/мин при охлаждении проточной водой, циркулирующей в рубашке. Массу затем фильтровали через фильтровальную Ватмановскую бумагу N 1 в воронку Бухнера под вакуумом. Фильтровую лепешку повторно суспензировали в примерно эквивалентном количестве воды и гомогенизировали десять раз при 800 бар (800 атм, 11600 фунт/дюйм²) в гомогенизаторе высокого давления Ранни. Полученную массу фильтровали через фильтровальную бумагу N 1 в воронке Бухнера под вакуумом. Остаток переводили в емкость для хранения, когда оставалась лишь паста. Анализ с использованием системы Дэпл показал, что объемно-взвешенный средний эквивалентный диаметр составляет 0,88 мкм. Было найдено, что фильтровая лепешка имеет вкус сливок при некоторой порошкообразности из-за заметной рыхлости. По-видимому, это является следствием несколько больших размеров альгинатных частиц (по сравнению с частицами Конджека).

Приведенные примеры имеют своей целью иллюстрацию предлагаемого изобретения, и для специалистов в данной области очевидны различные возможные модификации и варианты их осуществления.