CN101999561B - 用于制备充气食品和的方法和装置以及可由此获得的产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制备充气食品的方法，所述方法包括以下步骤：通过至少一个多孔扩散器将气体导入食物加工介质流，以便获得气体/食物混合物，和使所述气体/食物加工介质混合物在静态混合器内进行掺混操作。本发明也涉及可通过该方法获得的产品。

Description

用于制备充气食品和的方法和装置以及可由此获得的产品
掺入气孔，也称为充气，影响食品的质地特性。一般而言，它们的质地比非充气产品的质地轻，且通常为数倍，充气产品也显示更令人愉悦和更淡的味道。因为掺入气孔，充气产品也具有比非充气产品低的每体积热值。这是重要的特性，尤其对于具有高热值的产品例如巧克力和含脂肪的食物。虽然许多充气产品已知，但一般来说它们不令人满意，尤其是在它们的质地方面。
例如，充气巧克力已经长期在市场销售。然而，充气巧克力具有相当独特的结构，具有大约几毫米的气泡。因此，充气巧克力代表常规非充气巧克力的供选择形式，而不是其更轻的形式。
虽然，此类充气产品可能具有一些市场潜力，但是一般而言它们是不理想的。更加期望提供充气产品，此类充气产品具有人眼实际上不可检测的气孔，而不是相反的显示大的孔。此类产品在下面将称为微孔产品，且是非常理想的，因为它们的质地与非充气产品的非常接近。然而，它们每单位体积含有更少的卡路里。
提供具有小、微细和均匀的孔的食品例如巧克力是难以达到的。在所需的努力和结果方面，针对小、均匀孔的现有技术方法仅部分成功。
US 5,238,698公开了制备充气无蔗糖巧克力的方法。在该方法中，在压力下和在约30℃-45℃范围的温度下，将巧克力组合物连续进料至加料斗。在注入惰性气体之后，将巧克力组合物保持在压力下，并泵送通过一系列的静态混合器单元。在经过重复的气体注入和进一步的混合器单元之后，然后将含气体的巧克力组合物泵入沉积器内，该沉积器也保持在大约3巴-5巴的压力下。仍然在压力下，然后将巧克力浆料(mass)放入模具内，释放压力，以便形成多孔的结构。
该方法是不利的，因为它产生相当大的孔，一般来说，密度下降是有限的。当然，在孔的尺寸与可达到的密度下降之间存在联系。具有大孔的材料倾向于遭受比具有小孔的材料更大程度的孔塌陷。因此，如果大孔的数量增加，则多孔结构丧失的可能性也增加。
WO 02/013618中公开了用于充气食品的还一种方法。该文件的方法也基于气体注入和静态混合器的组合。结果又是在巧克力中产生平均尺寸0.7mm的大孔。仅在小片中获得尺寸为0.2mm的较小孔。
这表明制备具有微孔结构的充气食物是困难的。这也部分是由于以下事实：为了产生非常小的孔，现有技术方法建议采用更强烈的混合操作。然而，这也意味着引入更大量的能量，而更大量的能量又可以引起产品结构的变化，这可能是由于产生的热量和/或高剪切所致(WO 2002/013618)。
EP 0 730 826公开了一种方法，其用于制备分散于连续脂质相的固体颗粒混合物。该方法包括混合步骤，其中将脂质中的固体颗粒混合，以形成混合物，然后该混合物进行精炼步骤，其中将固体颗粒研磨。在研磨步骤之前，通过微孔扩散器掺入微粉化的气泡。然而，在EP 0 730 826的情况，微粉化的气泡不保留在产品中。它们仅用于在随后的研磨步骤中除去不需要的挥发物。
考虑到该现有技术，本发明开始提供用于制备充气食品的方法。因此，本发明一般不针对充气产品的制备，而是主要针对微孔食品，其中气孔或气泡小，并均匀地分布而不会损害产品特性。因此，本发明打算提供一种方法，其中可以通过施加在产品上的小的机械作用和热应力而获得微孔结构。此外，本发明也打算提供含固体颗粒的此类产品。本发明也涉及用于制备微孔食品的装置。
以上目的通过本发明的方法达到。按照本发明的方法，通过将可食用或惰性气体通过至少一个微孔扩散器导入工艺流，将气孔掺入食物加工介质内。然后，将因此获得的气体/食物混合物通过静态混合器掺混。
通过该方法，本发明允许制备充气食物原料，尤其是微孔食品，其与非充气食品相比显示显著的密度下降，并且质地或味道几乎没有变化。此外，本发明的方法适用于工业规模的制备。本发明因此提供高度有益的方法和产品。
图1举例说明了本发明的方法。为了清楚的缘故，该图中不考虑设备单元的比例。
图1显示用于制备充气巧克力时的本发明方法。在调温机(1)内，将巧克力调和，然后依靠泵(2)朝静态混合器(5)运送。在静态混合器之前，通过微孔扩散器(4)，将惰性气体例如氮气从惰性气体供给单元(3)导入巧克力流。在静态混合器的下游，巧克力可以释放至沉积头部或歧管(6)，以便填充至模具、容器等。泵或多个泵(如果有一个以上)的位置在该方法中没有严格的限制，只要它能够通过该方法泵送食物介质。
可以按照本发明充气的食物类型没有特别地限制。本发明使用任何食物加工介质工作，该介质的物理特性可使的其能够将气孔保留在介质的基质内。
通常，本发明的食物为可以在管线内输送的食物。各种食物例如巧克力、咖啡提取物、奶油干酪、精制干酪、其它乳制品、番茄酱、花生酱以及面包房制品代表本发明的应用实例。
在通过微孔扩散器加入气体之前，加工介质的粘度通常在1-200Pa·s的范围内，且优选在1-60Pa·s的范围内。
优选的产品为巧克力和奶油干酪。
巧克力配方是在本领域中和在巧克力和巧克力产品官方鉴定标准内熟知的类型。
以下是在试运行期间使用的牛奶巧克力的一般配方。
本发明的食物可包含与产品掺混的固体颗粒例如坚果、蔬菜等。通常，坚果、葡萄干和玉米片适合用于巧克力，蔬菜例如铃状椒或细香葱适用于奶油干酪的情况。在这方面一般没有限制，只要粒状材料具有使它们可以通过静态混合器而没有变质或阻塞混合器的尺寸和形状。
本发明的气体是用于食品可接受的惰性气体。尤其是，本发明可使用空气、氮气、二氧化碳以及惰性气体例如氩气。优选的气体是氮气和二氧化碳。当选择气体时，应该牢记在心：高水活性的产品可具有二氧化碳比氮气更容易溶解的倾向。溶解的二氧化碳可酸化产品。此外，流体食物添加剂或组分例如香料等可以微细小滴的形式，通过微孔扩散器导入食物介质内，以加速香料的均匀分布。
气体通过微孔扩散器导入。此类扩散器在本领域，例如EP 0 730826、EP 1 932 649、EP 1 717 008、WO 06021375、US 6 593 384等中已知。此类扩散器几乎仅仅用于微孔聚合物的制备。
用于微孔气体扩散器的最常规的形状是相对薄、长、中空的圆柱体。该类型的扩散器形状有利于扩散器简单地加入产品管线内，而不会阻碍产品流动。然而，适应气孔在产品内均匀分布的任何其它形状足以用于扩散器。
为了用于本发明的食物，这些扩散器不需要特别的修改。一般，任何扩散器均是合适的，只要它透气至允许足够的气体导入食物流内，以便允许期望的密度降低的程度。一般优选微孔扩散器的孔尺寸在0.1μm-20μm的范围内，优选0.2μm-10μm，且最优选0.3μm-5μm。扩散器可由烧结的金属制备，并可涂布保护加工修饰。然而，也可以利用允许用于食品工业的其它烧结的和/或多孔的材料。
将气体导入食物流所需的压力取决于气体类型、产品类型以及扩散器空隙率和孔的粒度分布。它也受最终产品中的期望孔尺寸和气体体积分数的影响。对于在食品工业内的大多数应用，在微孔扩散器之前的压力范围为0.5巴-20巴，且优选6巴-10巴。然而，对于具体的应用，例如气体注入咖啡提取物内，所需的压力可在50巴-300巴的范围，优选80巴-120巴。
掺入食品内的气体体积分数取决于具体的应用，通常在5-75％体积的范围，优选5-40％体积，且最优选10-30％体积。
为了避免从扩散器至排放点的快速压力下降，可通过在工业中已知的工具例如机械阀、气动夹紧阀等，来调节扩散器下游的管线压力。
然后，使气体/食物混合物在静态混合器中进行掺混。该类混合器在本领域中已知并可购买得到。具体的混合器类型取决于粘度和混合比率，对于在食品工业内的大多数应用，具有相交刀片的静态混合器代表优选的选项。
静态混合器用于掺混气体/食物混合物，并用于减小总的孔尺寸。混合单元的数目与比率“添加剂对主流介质”成反比，即所述比率越小，需要的混合单元数目越多。本领域的技术人员熟知混合单元的数目与混合比率之间的相互关系。
当加入气体并使它经历静态混合器时，食物流的温度不需要相同。然而，便利的是两个步骤在相同的温度下完成。通常，选择温度以使足量的气体可被吸收而不会负面地影响产品。因此，对于巧克力例如，将温度保持在27℃-34℃之间，以便将巧克力保持在调和好的状态，并避免以后起霜很重要。具有高蛋白质含量的产品将很少经受40℃以上的温度。一般而言，对于气体加入和静态混合，温度范围为15℃-60℃。
可在静态混合器的下游调节产品的温度，以便在沉积之后获得期望的产品特性，例如产品粘度将受沉积温度的很大影响。
一般优选在低温下的产物沉积，因为典型的低温例如30℃或更低的温度，例如25℃或更低，甚至15℃或更低的温度，导致较高的产品粘度，这改善了气孔的保持。在本领域中熟知的各种沉积器可以用于促进在较低温度下沉积。无论如何，可以由熟练的技术人员根据产品及其需要的特性来优化沉积温度。
如前面所述，本发明针对有小气孔的产品，且优选有微孔结构的产品。微孔一般是指平均尺寸为100μm或更小的气孔。优选，平均孔尺寸小于50μm，且最优选平均孔尺寸落在5μm-30μm的范围内。在最优选的实施方案中，90％的孔的尺寸在10μm-50μm之间。
可以用已知的技术，例如通过X射线显微断层照相术建立气孔尺寸。
X射线显微断层照相术提供在二维和甚至三维上目测和测量食物原料显微结构的独特机会。它允许非破坏性测量，没有费时的制备方法。
显微测焦X射线力(x-ray force)照亮目标，平面X射线检测器收集放大的投影图象。基于当目标旋转时获得的数百角度视图，产生射线照相图像。使用Feldkamp算法进行重建。通过加入相继重建的片层来获得3D-目标。
仪器的说明：
名称：SkyScan 1172
X射线源：20-100kV
X射线检测器：10兆象素照相机
检测能力细节：检测至1μm，取决于样品架与照相机之间的距离
最大目标尺寸：直径68mm
测量：
样品制备：
不需要制备。此外，为了达到高分辨率，可能必需减小原始样品尺寸。每份样品一式三份测量。
样品的分析(使用软件CTan 1.8)
用于分析的不同步骤：
●将重建的原始图象的数据集重新加载至分析软件的存储器内。
●测定目标区域(ROI)或区域体积(VOI)，用于评价(对于整个样本集来讲，ROI或VOI应该相等)。
●二进制映象的产生：将重建的图像在密度差的基础上转换成灰度图像；基于灰度的选择，可以测定图像中的不同结构。
●常规处理：程序辨别在VOI(即气泡)内的所有目标，并计算各目标的体积。在所有颗粒均为球形的假设下进行气泡的分析。在各气泡体积值的基础上，计算孔径半径。对于数目分布，将气泡分类成不同的孔径组，其中总结了孔的数目。体积分布显示通过不同尺寸等级取得的总体积的按比例份额。
近似：结果代表三次不同样品扫描的三个分析结果的平均值。
这是独立于X光机和软件的标准程序。当然，技术人员将理解，必须选择样品尺寸和气泡的数量，以便它们公平地代表材料。
根据本发明的方法制备的产品通常包含30％或更少体积的气体。优选，气体体积分数小于25％，且最优选在10％-25％的范围。当以组合实现前述优选的气体体积和优选的孔尺寸时，获得最佳的结果。
在优选的实施方案中，沿工艺的进一步下游直至沉积器排放点，工艺参数必需维持，以便避免快速压力下降和大的温度变化。任何这些问题将导致在***内热力学不稳定性，且导致孔尺寸偏离标准。
进一步的方法和配方修改可以与该方法一起用于最终结果的调节，例如不同横断面积的管在装置下游的使用、文丘里管的使用、多孔扩散器置于进一步上游、乳化剂和/或用于改变粘度的成分的使用等。
本发明提供可以如此使用的有益食品。本发明的产品也可以用作复合食品的一部分，例如作为填充物、作为层或涂层。当然，将一种或多种产品组合也是可能的，所述产品可按照本发明的方法获得。
实施例
实施例1
采用装置制备填充氮气和二氧化碳的微孔薄饼，所述装置包含孔的尺寸为1-5μm的微孔扩散器和静态混合器，该静态混合器具有在DN25管线内的交叉刀片。对于两种气体，薄饼填充物的比重减少25％，并且气孔通过没有帮助的人眼不可检测。气孔粒度分布分析证明，孔尺寸在20μm-400μm的范围。
薄饼填充物的成分组成总结于下表中。
比较实施例
用设备对相同配方的薄饼进行充气，该薄饼填充有氮气和二氧化碳，所述设备仅包含具有交叉刀片的静态混合器。将静态混合器***有相应横切面的产品管内，有单向阀的气体注入口位于静态混合器的上游。对于两种气体，比重减少高于5％的方法设置导致震动和产品排出速率的不一致，这表明在工艺介质中无效的气体扩散，即大的气泡存在于薄饼填充物内。

Claims (10)

1.制备充气食品的方法，所述充气食品选自巧克力、咖啡提取物、奶油干酪、精制干酪、番茄酱、花生酱以及面包房制品，所述方法包括以下步骤：
I.通过至少一个孔尺寸在0.1μm-20μm的范围内的微孔扩散器将气体导入食物流，以便获得气体/食物混合物，和
II.使所述气体/食物混合物在静态混合器内进行掺混操作以形成充气食品，和
III.沉积所述充气食品使得所述充气食品包括平均孔尺寸为5-30μm的孔并且所述充气食品含有10至30％体积的气体。
2.权利要求1的方法，其中所述气体为可食用气体、惰性气体或其混合物。
3.权利要求1或权利要求2的方法，其中所述气体为食物成分。
4.权利要求3的方法，其中所述食物成分为添加剂。
5.权利要求3的方法，其中所述食物成分为香料。
6.权利要求1或权利要求2的方法，其中加入气体，以便所述充气食品包含10-25％体积的气体。
7.可按照权利要求1-6中任一项的方法获得的产品。
8.糖食，所述糖食含有权利要求7的产品。
9.复合食品，所述复合食品含有按照权利要求7制备的产品。
10.用于制备按照权利要求7-9的充气食品的装置，所述装置包含孔尺寸在0.1μm-20μm的范围内的微孔扩散器和静态混合器，其中所述微孔扩散器位于所述静态混合器的上游，以便在食物介质通过所述静态混合器之前，气体可通过微孔扩散器加入至食物介质。
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