DE68906591T2 - Orangensaftkonzentrate mit niedriger viskositaet gebraeuchlich fuer produkte mit hohen brix-werten, niedrigerer pseudoplastizitaet und groesserer dispersibilitaet. - Google Patents
Orangensaftkonzentrate mit niedriger viskositaet gebraeuchlich fuer produkte mit hohen brix-werten, niedrigerer pseudoplastizitaet und groesserer dispersibilitaet.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität, welche für die Herstellung von Konzentratprodukten mit einem hohen Brix-Wert nützlich sind, welche Produkte bei Gefrierschranktemperaturen weniger pseudoplastisch sind,und welche beim Rekonstituieren mit Wasser in höherem Maße dispergierbar sind. Diese Erfindung betrifft weiterhin ein mit hoher Scherung verbundenes Behandlungsverfahren zur Gewinnung solcher Orangensaftkonzentrate.
- In den Vereinigten Staaten von Amerika machen die tiefgekühlten Orangensaftkonzentratprodukte einen wesentlichen Anteil aller konsumierten Orangensaftprodukte aus. Im Gebrauch werden diese Konzentratprodukte zur Bildung einfachkonzentrierter, trinkbarer Orangensaftgetränke mit Wasser rekonstituiert. Tiefgekühlte Orangensaftkonzentrate werden typischerweise als "3:1"-Produkte (Feststoffgehalt des Saftes von etwa 42º Brix) formuliert. Dies bedeutet, daß drei Volumenanteile von Wasser zu einem Volumenanteil des Konzentratproduktes hinzugefügt werden, um ein trinkbares Getrank zu ergeben.
- Obgleich die 3:1-Produkte die beliebteste Form von tiefgekühlten Orangensaftkonzentraten sind, ist auch die Formulierung von sogar noch höher konzentrierten Versionen solcher Produkte in Erwägung gezogen worden. Insbesondere sind tiefgekühlte Orangensaftkonzentrate, welche als "5:1"-Produkte fomuliert sind (was bedeutet, daß fünf Volumenanteile von Wasser auf einen Volumenanteil des Konzentrates zugegeben werden), in Betracht gezogen worden. Diese 5:1-Produkte (Feststoffgehalt des Saftes von etwa 58º Brix) bieten den Vorteil, daß sie weniger Speicherraum im Gefrierschrank einnehmen. Außerdem können 5: 1-Konzentratprodukte die Kosten des Versandes, der Handhabung und Verteilung solcher Produkte reduzieren. 5:1-Konzentratprodukte weisen auch eine größere Lagerungsbeständigkeit gegenüber mikrobiellem Wachstum und dem Wachstum von Schimelpilzen auf.
- Die Formulierung von 5:1-Konzentratprodukten nach der herkömmlichen Verarbeitung ist nicht ohne Probleme. In herkömmlicher Weise hergestellte 5: 1-Konzentratprodukte sind viel dicker, weniger fließfähig, und sie haben im aufgetauten Zustand eine höhere Viskosität als 3:1-Konzentratprodukte. Diese Eigenschaften der höheren Viskosität, einer dickeren Beschaffenheit und einer geringeren Fließfähigkeit machen es viel schwieriger, das 5: 1-Konzentratprodukt aus dem Behälter zu entnehmen. Im aufgetauten Zustand weisen in herkömmlicher Weise hergestellte 5:1-Konzentratprodukte auch eine viel schlechtere Dispergierbarkeit in Wasser als 3:1-Konzentratprodukte auf.
- Verschiedene Methoden sind vorgeschlagen worden, um die Probleme zu lösen, die durch die in herkömmlicher Weise hergestellten 5:1-Konzentratprodukte entstehen. Eine Methode besteht darin, den Gehalt des Konzentrates, welches zur Herstellung der 5:1-Produkte verwendet wird, an "sinkendem" (Hintergrunds-)- Fruchtfleisch abzusenken. Dies kann durch Zentrifugieren des extrahierten Beschickungssaftes vor dem Konzentrieren, um "sinkendes" Fruchtfleisch zu entfernen, bewirkt werden. Das Entfernen des "sinkenden" Fruchtfleisches aus dem Beschickungssaft kann jedoch auch die Gesamtsaftausbeute verringern.
- Ein anderes Verfahren zum Absenken der Viskosität des Konzentrates besteht in einer Enzymbehandlung. So kann beispielsweise eine Enzymbehandlung von Orangensaft herangezogen werden, um den Gehalt an "sinkendem" Fruchtfleisch und somit die Viskosität des Orangensaftes abzusenken. Siehe Baker et al, "Enzymatic Treatment of Orange Juice to Increase Cloud and Yield and Decrease Sinking Pulp Level," Proc. Fla. State Hort. Soc., Bd. 84 (1971), S. 197 - 200. Eine Enzymbehandlung kann auch angewendet werden, um die Fließfähigkeit des Konzentrates bei den im Gefrierfach vorherrschenden Temperaturen dadurch zu erhöhen, daß die in dem Konzentrat enthaltene Saccharose in Fruktose und Glukose umgewandelt wird. Siehe die am 26. Oktober 1982 für Kann et al ausgegebene US-PS 4 356 195 (Behandlung des Orangensaftkonzentrates mit Invertase). Der Hauptnachteil einer Enzymbehandlung zum Zwecke der Viskositätsreduktion/- Veroesserung der Fließfähigkeit besteht darin, daß das so entstandene Orangensaftkonzentrat der Identitätsnorm (dem "Standard of Identity") für 100%ige Orangensaftprodukte nicht mehr entspricht.
- Ein anderes Verfahren zum Absenken der Viskosität der Orangensaftkonzentrate, die zur Herstellung der 5:1-Produkte verwendet werden, besteht in einer Ultraschallbehandlung. Siehe die am 14. November 1967 für Berk ausgegebene US-PS 3 352 693, worin ein Orangensaftkonzentrat (mit einem Gehalt an löslichen Feststoffen von 60ºBrix) beschrieben ist, welches der Einwirkung von Ultraschallwellen ausgesetzt wird, um dessen relative Viskosität abzusenken. Die Ultraschallbehandlung kann dazu fuhren, daß sich in dem Konzentrat starke Nebengeschmacksnuancen entwickeln (Knoblauch, ozonartig, metallisch), sofern dieselbe nicht unter einem Vakuum oder unter einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird. Siehe Berk, "Viscosity of Orange Juice Concentrates: Effect of Ultrasonic Treatment and Concentration," Food Technology, Bd. 18 (1964), S. 1811 - 12. Daruberhinaus ist bei der gängigen Ausrüstung zur Durchfhürung einer Ultraschallbehandlung
- eine relativ niedrige Durchsatzrate vorgesehen, sodaß dieselbe für technische Arbeitsvorgänge des Verarbeitens von Saftkonzentraten nicht zweckmäßig ist.
- Es besteht daher ein Bedarf nach einem technisch zweckmäßigen Verfahren zum Absenken der Viskosität, zum Verbessern der Fließfähigkeit und zum Erhöhen der Dispergierbarkeit in Wasser der zum Herstellen der 5:1-Produkte verwendeten Orangensaftkonzentrate, ohne daß dabei andere, nachteilige Wirkungen auftreten.
- In der am 14. November 1967 für Berk ausgegebenen US-PS 3 352 693 sind hochkonzentrierte Citrusfruchtsäfte (mit bis zu einem so hohen Brix-Wert wie 70º Brix) beschrieben, welche angeblich beträchtlich weniger viskos als in herkömmlicher Weise hergestellte Saftkonzentrate sind. Diese weniger viskosen, hochkonzentrierten Saftmaterialien werden dadurch erhalten, daß man den Saft oder das Konzentrat einer Ultraschallbehandlung unterwirft. In Beispiel 1 wird ein Orangensaftkonzentrat (mit einem Gehalt an löslichen Feststoffen von 60º Brix) beschrieben, welches der Einwirkung von Ultraschallwellen ausgesetzt wird, welche eine Frequenz von 20.000 Zyklen je s aufweisen. Aus diesem Beispiel ist zu ersehen, daß die relative Viskosität des Orangensaftkonzentrates um so niedriger war, je länger dasselbe der Ultraschallbehandlung unterworfen war.
- In der Veröffentlichung von Berk, "Viscosity of Orange Juice Concentrates: Effect of Ultrasonic Treatment and Concentration," Food Technology, Bd. 18 (1964), S. 1811 - 12, werden die wissenschaftlichen Aspekte der Ultraschallbehandlung von Orangensaftkonzentraten erörtert. Die Fig. 1 in diesem Aufsatz zeigt eine um so deutlichere Abnahme in der relativen Viskosität eines Orangensaftkonzentrates von 60º Brix, je länger dasselbe der Ultraschallbehandlung ausgesetzt war. In der Fig. 2 dieses Aufsatzes werden die Fruchtfleischteilchen, vor und nach der Ultraschallbehandlung, miteinander verglichen. Auf der Basis dieses Vergleiches bemerkte Berk, daß die Ultraschallbehandiung ein deutliches Ausmaß von Zerkleinerung der membranartigen Fruchtfleischteilchen bewirkt hatte, und führte aus, daß diese Wirkung zu der Abnahme in der Viskosität des Orangensaftkonzentrates beigetragen haben mag. Berk erwähnt auch, daß sich in dem Konzentrat starke Nebengeschmacksnuancen (Knoblauch, ozonartig, metallisch) entwickeln, sofern die Ultraschallbehandlung nicht unter einem Vakuum oder einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird.
- In dem Aufsatz von Mizrahi und Berk, "Ultrasonic Waves in the Concentration of Citrus Juices," Process Biochemistry, Bd. 3, Nr. 10 (1968), S. 25 - 27, werden ebenfalls die wissenschaftlichen Aspekte der Anwendung von Ultraschallwellen zum Konzentrieren von Citrusfruchtsäften in Betracht gezogen. Mizrahi et al. führen aus, daß die suspendierten Teilchen und Pektinsubstanzen, welche in einem Citrusfruchtsaft vorliegen, vom Standpunkt der viskosen Struktur des Saftes aus die wichtigsten sind. Auf der Grundlage von Versuchen mit 1%igen Pektinlösungen sprechen diese Autoren die Vermutung aus, daß durch die Ultraschallbehandlung die in dem Saft vorhandenen Pektine als Ergebnis der direkten mechanischen Scherung depolymerisiert werden. Sie erwähnen auch, daß durch die Ultraschallbehandlung von Citrusfruchtsaftkonzentraten die Zerkleinerung der suspendierten Teilchen bewirkt werde (wobei sie den Aufsatz von Berk zitieren), daß aber die Beziehung zwischen der Zertrümmerung der Teilchen und der Viskosität "noch nicht verstanden wird."
- In einem Aufsatz von Lortkipanidze et al, "Use of a Homogenizer in a Citrus Juice Line," Konservnaya i Ovoshchesushil'naya Promyshlennost', Nr. 7 (1972), S. 9 - 10, sind Untersuchungen beschrieben, welche sich auf die Einbringung eines Homogenisators (vom OGB-Typus) in eine Safterzeugungsstraße beziehen. Vor dem Einbringen des Homogenisators lieferte das System Saft mit einem Gehalt an groben Fruchtfleischteilchen, welche vor dem Einfüllen in Flaschen abfiltriert werden mußten. Der Homogenisator (der bei einem Druck von 30 MPa, nämlich von etwa 4.350 psi, betrieben wird), wurde in das System zwischen der Vakuumeinheit zum Entfernen der überschüssigen ätherischen Öle und der Vakumvorrichtung eingeführt, wo der Saft mit Zuckersirup vermischt und entlüftet wurde. Der Saft, welcher mit dem den Homogenisator aufweisenden System erhalten worden war, wies ein Fruchtfleisch von feinerer Teilchengröße auf, welches vor dem Abfüllen in Flaschen kein Abfiltrieren erforderte.
- In einem Aufsatz von Berishvili, "The Use of Ultrasound in the Production of Fruit Juices," Konservnaya i Ovoshchesushil'naya Promyshlennost' ,Nr.10 (1976), S. 19 - 20, ist die Verarbeitung von Fruchtfleisch in einem Ultraschall-Homogenisator vom Rotationstypus beschrieben, zu dem Zweck, einen vollständig homogenisierten, einfachkonzentrierten Fruchtsaft mit Fruchtfleisch zu erhalten. Nach dem Verarbeiten, so wird dort ausgeführt, sei die Teilchengröße der Saftteilchen nicht größer als 50 um (im Vergleich zu einer Teilchengröße von 250 bis 300 um für eine Kontrollprobe). In dem Homogenisator wurden aus Äpfel-, Pfirsich-, Aprikosen-, Quitten- und Mandarinenfrüchten stammende Fruchtsäfte verarbeitet.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Orangensaftkonzentrate von niedriger Viskosität, welche zur Herstellung von Konzentratprodukten mit einem hohen Brix-Wert nützlich sind, welche Produkte bei den in einem Gefrierfach herrschenden Temperaturen weniger pseudoplastisch sind/leichter mit einem Löffel auszufassen sind und welche beim Rekonstituieren mit Wasser, insbesondere bei einem Volumenverhältnis von dem Wasser zu dem Konzentratprodukt von 5:1,in höherem Maße dispergierbar sind. Diese Konzentrate mit niedriger Viskosität weisen die folgenden Kennmerkmale auf:
- a. einen Feststoffgehalt des Saftes von 50º bis 70º Brix;
- b. eine Viskosität von 0,0055 kg/m/s (5,5 cP) oder darunter, gemessen bei 8ºC und bei 11,8º Brix; und
- c. eine mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches von gewöhnlich etwa 125 um oder darunter.
- Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Gewinnung dieser Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität. Dieses Verfahren umfaßt die folgenden Stufen: (a) Bereitstellen eines konzentrierten Orangensaftes, welcher aufweist: (1) einen Feststoffgehalt des Saftes von 50º bis 70º Brix; und (2) eine Viskosität von wenigstens 0,005 kg/m/s (5,0 cP), gemessen bei 8ºC und bei 11,8º Brix, und (b) eine Stufe, in welcher man den konzentrierten Orangensaft der Einwirkung einer mit hoher Scherung verbundenen Behandlung während der Zeitspanne unterwirft, welche ausreicht, um (3) die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches um wenigstens 40 um zu reduzieren;
- und (4) die Viskosität des konzentrierten Orangensaftes um wenigstens 0,0005 kg/m/s (0,5 cP), gemessen bei 8ºC und bei 11,8º Brix, herabzusetzen.
- Die Erklärung für die relativ niedrige Viskosität dieser Orangensaftkonzentrate ist die wesentliche Reduktion der mittleren Teilchengröße des "sinkenden" (Hintergrund)-Fruchtfleisches, und zwar gewöhnlich auf eine mittlere Teilchengröße von 125 um oder darunter. Es hat sich erwiesen, daß durch die wesentliche Reduktion der mittleren Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches die Viskosität der Orangensaftkonzentrate der vorliegenden Erfindung signifikant herabgesetzt wird, und daß Konzentratprodukten mit einem hohen Brix-Wert, die aus diesen Konzentraten hergestellt worden sind, Eigenschaften einer besseren Ausfaßbarkeit mit einem Löffel und einer besseren Dispergierbarkeit in Wasser, verliehen werden. Es hat sich gezeigt, daß die mit einer hohen Scherung verbundene Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung von kritischer Bedeutung ist, um für diese Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität die notwendige Reduktion der mittleren Teilchengröße zu erzielen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß durch die mit einer hohen Scherung verbundene Behandlung die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches wesentlich reudziert wird, ohne daß dadurch andere, erwünschte Eigenschaften des Konzentrates, insbesondere dessen Geschmack, nachteilig beeinflußt wurden.
- Die Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Teilchengrößenverteilung des "sinkenden" Fruchtfleisches für ein Orangensaftkonzentrat von 65º Brix vor der Hochdruck-Homogenisierung.
- Die Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung der Teilchengrößenverteilung des "sinkenden" Fruchtfleisches in einem Orangensaftkonzentrat von 65º Brix, welches einer Hochdruck-Homogenisierung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung unterworfen worden ist.
- Der im Rahmen der vorliegenden Unterlagen gebrauchte Ausdruck "Orangensaft" betrifft irgendeine Orangensaftzusammensetzung, welche auf der Basis der Einfachkonzentration zu wenigstens 95 % aus Orangensaft besteht.
- Der im Rahmen der vorliegenden Unterlagen gebrauchte Ausdruck "Konzentratprodukt" bezieht sich auf Orangensaftzusammensetzungen, welche zur Bildung trinkbarer Orangensaftgetränke mit Wasser rekonstituiert werden. Konzentratprodukte enthalten zumindest konzentrierten Orangensaft, Orangensaftaromastoff- und -geschmacksstoffmaterialien und gewöhnlich fühlbares Fruchtfleisch. Diese Konzentratprodukte können auch gegebenenfalls zusätzliche eßbare Säuren (z.B. Zitronen- und/oder Apfelsäure), Calcium und andere Mineralstoffe und Vitamine enthalten. Im Handel vertriebene Standard-Konzentratprodukte sind typischerweise als "3:1"-Produkte formuliert, was bedeutet, daß sie trinkbare Getränke ergeben, wenn sie mit 3 Volumenanteilen von Wasser rekonstituiert worden sind. Im Gegensatz nierzu sind die Konzentratprodukte mit einem hohen Brix-Wert gemäß der vorliegenden Erfindung als 4:1-Produkte oder als noch höherkonzentrierte Produkte formuliert. Bevorzugte Konzentratprodukte mit einem hohen Brix-Wert sind als 5:1-Produkte formuliert.
- Der im Rahmen der vorliegenden Unterlagen gebrauchte Ausdruck "konzentrierter Orangensaft" bedeutet irgendeine Orangensaftzusammensetzung, aus welcher das Wasser nach irgendeinem aus einer Vielfalt von Konzentrationsverfahren entfernt worden ist, einschließlich der Verdampfungskonzentration, der Gefrierkonzentration, und der Umkehrosmosekonzentration.
- Der im Rahmen der vorliegenden Unterlagen verwendete Ausdruck "sinkendes Fruchtfleisch" (auch "Hintergrundfruchtfleisch" genannt) bezieht sich auf das Fruchtfleisch von feinerer Teilchengröße, welches in einem Orangensaft vorhanden ist, u,welches durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 840 um (ein USA-Standardsieb Nr. 20) hindurchgeht. Das "sinkende" Fruchtfleisch stammt gewöbnlich aus dem Zerfetzen oder Zerschneiden der Saftsäckchen und Membransegmente während des Verarbeitens. Im Gegensatz hierzu bezieht sich der Ausdruck "fühlbares Fruchtfleisch" auf ein Fruchtfleisch, welches auf einem Sieb mit einer lichten Naschenweite von 840 um (einem USA-Standardsieb Nr. 20) zurückgehalten wird, und welches von der Zunge tastbar als Teilchen wahrgenommen wird.
- Der im Rahmen der vorliegenden Unterlagen gebrauchte Ausdruck "umfassen" bzw. "enthalten" bedeutet, daß in der Orangensaftzusammensetzung verschiedene Komponenten gemeinsam verwendet werden können. Demgemäß umfassen die Ausdrücke "umfassen" bzw. "enthalten" die einschränkenderen Ausdrücke "im wesentlichen bestehend aus" und "bestehend aus".
- Die Orangensaftkonzentrate der vorliegenden Erfindung haben einen relativ hohen Brix-Feststoffgehalt. Generell haben diese Orangensaftkonzentrate einen Feststoffgehalt des Saftes von etwa 50º bis etwa 70º Brix. Bevorzugte Orangensaftkonzentrate der vorliegenden Erfindung haben einen Feststoffgehalt des Saftes von 58º bis 65º Brix.
- Die Orangensaftkonzentrate der vorliegenden Erfindung sind durch ihre relativ niedrige Viskosität gekennzeichnet. Die Orangensaftkonzentrate der vorliegenden Erfindung haben Viskositäten von 0,0055 kg/m/s (5,5 cP) oder darunter (vorzugsweise von 0,005 kg/m/s (5 cP) oder darunter), gemessen bei 8ºC und bei einem Feststoffgehalt des Saftes von 11,8ºBrix. Die Viskosität dieser Orangensaftkonzentrate fällt typischerweise in einen Bereich von 0,003 bis 0,005 kg/m/s (3-5 cP), gemessen bei 8ºC und bei 11,8º Brix. Bevorzugte Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität der vorliegenden Erfindung (nämlich solche mit einem Feststoffgehalt des Saftes von 58º bis 65º Brix) können Viskositäten aufweisen, welche in einen Bereich von 0,6 bis 1,7 kg/m/s (600 bis 1.700 cP), gemessen bei 8ºC und bei 58º Brix, fallen. Typischerweise haben diese bevorzugten Konzentrate Viskositäten in einem Bereich von 0,75 bis 1,5 kg/m/s (750 bis 1.500 cP), gemessen bei 8ºC und bei 58º Brix. (Die Verfahren zum Messen der Viskosität dieser Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität bei 11,8º Brix und bei 58º Brix) sind nachstehend im Teil G dieser Anmeldung beschrieben.)
- Ein besonders wichtiges Kennmerkmal der Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität der vorliegenden Erfindung ist die mittlere Teilchengröße ihres "sinkenden" Fruchtfleisches. Generell ist gefünden worden, daß die Viskosität des Orangensaftkonzentrates auch in dem Maße abgesenkt wird, in dem die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches reduziert wird. Die Reduktion der mittleren Teilchenröße des "sinkenden" Fruchtfleisches bedeutet im wesentlichen eine Verschiebung in der Verteilung der Fruchtfleischteilchen von Teilchen einer größeren Teilchengröße hin zu Teilchen einer kleineren Teilchengröße. Für die Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität der vorliegenden Erfindung beträgt die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Frucht fleisches gewöhnlich 125 um, oder darunter. Für die bevorzugten Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität der vorliegenden Erfindung beträgt diese mittlere Teilchengröße typischerweise 100 um oder darunter. (Das Verfahren zum Messen der mittleren Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches für diese Orangensaftkonzentrate mit niedriger Visksoität ist nachstehend im Teil G dieser Anmeldung beschrieben.)
- Diese Reduktion der mittleren Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches und die sich daraus ergebenden viskositätserniedrigenden Wirkungen machen die Orangensaftkonzentrate der vorliegenden Erfindung weniger pseudoplastisch (nämlich leichter mit einem Löffel ausfaßbar), besonders im Vergleich zu in herkömmlicher Weise hergestellten Konzentraten. (Materialien, welche eine Pseudoplastizität aufweisen, haben niedrigere Viskositäten, wenn sie der Einwirkung einer größeren Scherung unterworfen werden.) Die verbesserten Eigenschaften hinsichtlich der Ausfaßbarkeit mit einem Löffel der Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität der vorliegenden Erfindung sind besonders augenscheinlich bei den Temperaturen in einem Gefrierfach nämlich z.B. von etwa 5ºF (-15ºC) oder darunter. Fast alle aus Orangensaftkonzentraten hergestellten Konzentratprodukte werden zum Zwecke der Lagerungsstabilität tiefgekühlt. Selbst wenn sie aufgetaut worden sind, sind 5:1-Produkte, welche aus in herkömmlicher Weise verarbeiteten Orangensaftkonzentraten hergestellt worden sind, nicht leicht aus der Dose auszugießen oder auszulöffeln. Im Gegensatz hierzu sind die 5:1-Produkte, die aus den Orangensaftkonzentraten der vorliegenden Erfindung mit niedriger Viskosität hergestellt worden sind, bei im Gefrierfach herrschenden Temperaturen leichter auslöffelbar und ausgießbar und können leicht aus der Dose oder dem sonstigen Behälter entfernt werden, in welcher bzw. in welchem sie verpackt sind. Dies macht die 5:1-Produkte, die aus den Orangensaftkonzentraten mit niedriger Viskosität der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, sehr praktisch für die Verbraucher.
- Außerdem ist unerwarteterweise gefunden worden, daß durch die reduzierte mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches und die sich daraus ergebende niedrigere Viskosität der Orangensaftkonzentrate der vorliegenden Erfindung auch deren Dispergierbarkeit in Wasser verbessert ist. 5: 1-Konzentratprodukte, welche in herkömmlicher Weise hergestellte Orangensaftkonzentrate enthalten, sind im allgemeinen in Wasser nur schwer zu dispergieren. Insbesondere ist gefunden worden, daß nur ein Teil des in herkömmlicher Weise hergestellten Konzentrates sich in Wasser rasch dispergiert und sich mit dem Wasser in 10 bis 15 s vereinigt. Ein ziemlich großer Klumpen (oder größere Klumpen) des Konzentrates bleiben zurück, die sich in Wasser nur viel langsamer, z.B. in so vielen wie bis zu 38 s, dispergieren. Im Gegensatz hierzu zerfallen die Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität der vorliegenden Erfindung viel leichter und sind in dem Wasser nach 15 s oder noch weniger Sekunden ziemlich vollstandig dispergiert, vorzugsweise in 10 oder noch weniger Sekunden. Dies macht wiederum 5:1-Konzentratprodukte, die aus diesen Orangensaftkonzentraten mit niedriger Viskosität hergestellt worden sind, für den Verbraucher sehr praktisch. (Der Test auf die Dispergierbarkeit dieser Orangensaftkonzentrate mit niedriger Visksosität ist nachstehend in Teil G dieser Anmeldung beschrieben.)
- Die Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität der vorliegenden Erfindung weisen gewöhnlich niedrigere gemessene Mengen an "sinkendem" Fruchtfleisch auf. Ebenso wie die mittlere Teilchengröße kann auch der Gehalt an "sinkendem" Fruchtfleisch eine Wirkung auf die Viskosität des trinkbaren Orangensaftgetränkes haben, das aus dem Orangensaftkonzentrat resultiert. Generell spiegeln sich niedrigere gemessene Mengen an "sinkendem" Fruchtfleisch in einer Abnahme der Viskosität des damit erhaltenen Orangensaftgetränkes wider. Für die Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität der vorliegenden Erfindung liegt der gemessene Gehalt an "sinkendem" Fruchtfleisch typischerweise in einem Bereich von 3 bis 7 Vol.-%. Für bevorzugte Orangensaftkonzenrate mit niedriger Viskosität der vorliegenden Erfindung beträgt dieser gemessene Gehalt an "sinkendem" Fruchtfleisch 4 bis 6 Vol.-%. (Das Verfahren zum Messen des Gehaltes dieser Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität an "sinkendem" Fruchtfleisch ist nachstehend im Teil G dieser Anmeldung beschrieben.)
- Die Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität der vorliegenden Erfindung werden erhalten, indem man konzentrierten Orangensaft einer mit hoher Scherung verbundenen Behandlung unterwirft. Mit hoher Scherung verbundene Behandlungsverfanren gemäß der vorliegenden Erfindung wirken auf den konzentrierten Orangensaft durch Zerfetzen und Zertrümmern der Teilchen des "sinkenden"Fruchtfleisches ein, insbesondere auf die Teilchen mit größerer Teilchengröße. Gewöhnlich bezieht sich der Ausdruck: "mit hoher Scherung verbundene Behandlung" auf Behandlungsverfahren, welche (berechnete) Schergeschwindigkeiten von wenigstens 300.000 s&supmin;¹ aufweisen. Typischerweise erteilen mit hoher Scherung verbundene Behandlungsverfahren, welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung nützlich sind, dem konzentrierten Orangensaft Schergeschwindigkeiten von 300.000 s&supmin;¹ bis 10,000.000 s&supmin;¹. Bevorzugte, mit hoher Scherung verbundene Behandlungsverfahren erteilen dem konzentrierten Orangensaft Schergeschwindigkeiten von etwa 2,000.000 bis etwa 8,000.000 s&supmin;¹. Behandlungsverfahren, welche dem konzentrierten Saft diese hohen Schergeschwindigkeiten erteilen, haben sich als besonders kritisch für die Erzielung der gewünschten Reduktion der mittleren Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches erwiesen. So ist beispielsweise überraschenderweise gefunden worden, daß Behandlungsverfahren, welche niedrigere Schergeschwindigkeiten von nur etwa 40.000 s&supmin;¹ erteilen, für die Erzielung der gewünschten Reduktion der mittleren Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches unwirksam sind. (Das Verfahren zum Berechnen der Schergeschwindigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Teil G dieser Anmeldung beschrieben.)
- Das Ausmaß, in welchem durch die mit hoher Scherung verbundenen Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches reduziert werden kann, hängt von einer Vielfalt von Faktoren ab, insbesondere von der Zusammensetzung des als Ausgangsmaterial verwendeten, konzentrierten Orangensaftes. Durch die mit hoher Scherung verbundenen Behandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches generell um wenigstens 40 um, und vorzugsweise um wenigstens 50 um, reduziert. Die durch die mit hoher Scherung verbundene Behandlung des konzentrierten Orangensaftes erzielte Reduktion der mittleren Teilchengröße fällt gewöhnlich in einen Bereich von 50 bis 200 um. Typischerweise kann durch die mit hoher Scherung verbundenen Behandlungsverfahren die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches um 50 bis 125 um reduziert werden.
- Das Ausmaß, in welchem durch die mit hoher Scherung verbundenen Behandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Viskosität des konzentrierten Orangensaftes abgesenkt werden kann, hängt auch besonders von dessen Zusammensetzung ab. Durch die mit hoher Scherung verbundenen Behandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Viskosität des konzentrierten Saftes generell um wenigstens 0,0005 kg/m/s (0,5 cP), und vorzugsweise um wenigstens 0,0015 kg/m/s (1,5 cP), gemessen bei 8ºC und 11,8º Brix,erniedrigt.
- Die Viskosität des konzentrierten Saftes ist gewöhnlich nach der mit hoher Scherung verbundenen Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung um 0,001 bis 0,005 kg/m/s (1 bis 5 cP)abgesenkt, und in noch typischerer Weise ist sie um 0,0015 bis 0,003 kg/m/s (1,5 bis 3 cP) abgesenkt. Für konzentrierte Säfte, welche einen Feststoffgehalt von etwa 58º bis etwa 65º Brix aufweisen, ist die Viskosität gewöhnlich um wenigstens 0,5 kg/m/s (500 cP), und vorzugsweise um wenigstens 0,7 kg/m/s (700 cP), gemessen bei 8ºC und bei 58º Brix, abgesenkt. Die Viskosität dieser konzentrierten Säfte mit 58º bis 65º Brix wird typischerweise um 0,7 bis 3 kg/m/s (700 bis 3.000 cP) abgesenkt.
- Ein bevorzugtes, mit hoher Scherung verbundenes Behandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, den konzentrierten Orangensaft unter hohem Druck zu homogenisieren. Hochdruck-Homogenisatoren umfassen typischerweise einen hin- und hergehenden Plungerkolben oder eine Pumpe vom Kolbentypus zusammen mit einer Homogenisierventileinheit, welche am Abzugsende des Homogenisators befestigt ist. Geeignete Hochdruck-Homogenisatoren, welche für die Durchfürung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, umfassen Hochdruck-Homogenisatoren, welche von der Firma APV Gaulin Corporation, Everett, Massachusetts, hergestellt werden. Siehe die am 5. Oktober 1982 für Pandolfe ausgegebene US-PS 4 352 573 und die am 17.Mai 1983 für Pandolfe ausgegebene US-PS 4 383 769, hinsichtlich geeigneter Hochdruck-Homogenisatoren, die von der Firma APV Gaulin hergestellt worden sind.
- Während des Hochdruck-Homogenisierens wird der konzentrierte Orangensaft wegen der Hohlraumbildungs- und Verwirtelungswirkungen der Einwirkung hoher Schergeschwindigkeiten ausgesetzt. Diese Wirkungen werden dadurch erzeugt, daß der konzentrierte Saft in die Homogenisierventileinheit aus dem Pumpenabschnitt des Homogenisators unter hohem Druck (und mit niedriger Geschwindigkeit) eintritt. Geeignete Drücke zur Erzielung hoher Schergeschwindigkeiten sind wenigstens 6.897 kPa (1.000 psi), und vorzugsweise wenigstens 20.691 kPa (3.000 psi). Typischerweise fallen diese Drücke in einen Bereich von 20.691 bis 55.176 kPa (3.000 bis 8.000 psi). Bevorzugte Drucke zur Durchfürung der Hochdruck-Homogenisierung fallen in einen Bereich von 20.691 bis 41.383 kPa (3.000 bis 6.000 psi).
- In dem Maße, wie der konzentrierte Saft in den Zwischenraum zwischen dem Ventil und dem Ventilsitz eintritt, wird seine Geschwindigkeit drastisch erhöht. Es tritt auch eine entsprechende Abnahme im Dampfdruck auf, was die Ausbildung von Dampfblasen in dem konzentrierten Saft bewirkt. In dem Maße, wie der konzentrierte Saft durch den Bereich Ventil-Ventilsitz fließt, wird seine Geschwindigkeit wieder herabgesetzt, und der Dampfdruck wird wieder erhöht, was zur Implosion der Blasen führt. Die Blasenbildung und Implosion bewirken die Hohlraumbildungseffekte. Die starke Freisetzung von Energie und die kräftige Verwirbelung, die mit der Hohlraumbildung verbunden sind, bewirken das Zerreißen und den Zerfall der Teilchen des "sinkenden" Fruchtfleiches. In dem Maße, wie die größeren Fruchtfleischteilchen zerkleinert werden, wird dementsprechend auch die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches reduziert.
- Die Fähigkeit der Hochdruck-Homogenisierung, die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches in einem konzentrierten Orangensaft stark zu reduzieren, wird besonders in den Fig. 1 und 2 dargelegt.
- Die Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Volumensverteilung der Teilchengrößen von "sinkendem"-Fruchtfleisch für ein "TASTE"-Konzentrat von 65º Brix aus Brasilianischen Früchten vor der Hochdruck-Homogenisierung. Wie zu ersehen ist, weisen fast alle Fruchtfleischteilchen eine Größe von mehr als 50 um auf, wobei ein großer Anteil hievon eine Größe von mehr als 100 um aufweist. Im Gegensatz hierzu zeigt die Fig 2 eine graphische Darstellung der Volumenverteilung der Teilchengrößen des "sinkenden" Fruchtfleisches für das gleiche "TASTE"-Konzentrat von 65º Brix aus Brasilianischen Früchten, nachdem dasselbe der Hochdruck-Homogenisierung unterworfen worden ist (zwei Durchgänge durch den Homogenisator bei einem Druck von 34.485 kPa (5.000 psi). Wie zu ersehen ist, hat sich die Teilchengrößenverteilung nach links, in Richtung auf die Teilchen einer kleinen Teilchengröße hin, verschoben, wobei ein großer Anteil dieser Teilchen eine Größe von 50 um oder darunter aufweist. Diese Verschiebung in der Teilchengrößenverteilung erweist sich besonders durch die Tatsache, daß die mittlere Teilchengröße des "TASTE"-Konzentrates aus Brasilianischen Früchten von 166 um (vor der Hochdruck-Hornogenisierung) auf 70 um (nach der Hochdruck-Homogenisierung) reduziert worden ist.
- Die Hochdruck-Homogenisierung kann bei irgendeiner geeigneten Temperatur durchgeführt werden. Generell wird die Temperatur so ausgewählt, daß dadurch eine Verschlechterung des Geschmacks und anderer Komponenten, die in dem konzentrierten Orangensaft vorhanden sind, vermieden wird. Der konzentrierte Orangensaft wird auch generell in den Homogenisator bei einer ausreichend kalten Temperatur eingeführt, um dadurch einen Wärmeaufbau während der Hochdruck-Homogenisierung auf ein Minimum herabzusetzen. Geeignete Beschickungstemperaturen für die Durchführung dieser Hochdruck-Homogenisierung sind typischerweise 20º bis 75ºF (von -6,7º bis 23,9ºC). Vorzugsweise wird der konzentrierte Saft in den Homogenisator bei einer Temperatur von 20º bis 40ºF (von -6,7º bis 4,4ºC) eingeftihrt. Nach der Hochdruck-Homogenisierung wird der konzentrierte Orangensaft typischerweise auf eine Temperatur von 20ºF (-6,7ºC) oder darunter abgekühlt.
- Der konzentrierte Orangensaft wird der Hochdruck-Homogenisierung während einer Zeitspanne unterworfen, welche ausreicht, um die notwendige Reduktion der mittleren Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches ebenso wie die erforderliche Verringerung der Viskosität des konzentrierten Orangensaftes zu erzielen. In Abhängigkeit von dem besonderen Druck,der für die Hochdruck-Homogenisierung ausgewählt wird, und von der Fließgeschwindigkeit des konzentrierten Orangensaftes durch den Homogenisator können die gewünschten Wirkungen einer Reduktion der mittleren Teilchengröße und der Verringerung der Viskosität durch einen einzigen Durchgang durch den Hochdruck-Homogenisator erzielt werden. In Abhängigkeit von der besonderen Zusammensetzung des konzentrierten Saftes kann jedoch mehr als ein Durchgang des konzentrierten Orangensaftes durch den Hochdruck-Homogenisator erforderlich sein, um die gewünschten Wirkungen einer Reduktion der mittleren Teilchengröße und einer Herabsetzung der Viskosität zu erzielen,insbesondere bei Anwendung von niedrigeren Drücken. Typischerweise wird der konzentrierte Orangensaft ein- bis dreimal durch den Hochdruck-Homogenisator hindurchgeführt. Vorzugsweise beträgt die Anzahl von Durchgängen durch den Hochdruck-Homogenisator 1 bis 2.
- Obgleich die Hochdruck-Homogenisierung die bevorzugte Art und Weise für die Durchfürung der mit hoher Scherung verbundenen Behandlung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist, so können dennoch auch andere, mit hoher Scherung verbundene Behandlungsverfahren angewendet werden, bei welchen die oben definierten Schergeschwindigkeiten erzielt werden. Ein anderes Beispiel eines geeigneten, mit hoher Scherung verbundenen Behandlungsverfahrens ist das Behandeln des konzentrierten Orangensaftes in einer Kolloidmühle. Die Scherung verleihenden Komponenten einer Kolloidmühle umfassen typischerweise einen sich drehenden Rotor und einen stationären Stator. Der Rotor und der Stator weisen eine solche Konfiguration auf, daß sie als Arbeitskombination zusammenpassen, z.B. als ein kegelstumpfförmiger Rotor und ein konkav geformter Stator. Geeignete Kolloidmühlen, welche für die Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, umfassen jene, die von der Firma APV Gaulin Corp. hergestellt werden, und jene, die von der Firma Greerco Corp., Hudson, New Hampshire, hergestellt werden.
- Während seiner Behandlung in der Kolloidmühle wird der konzentrierte Orangensaft als Ergebnis des Aufprallens und hydraulischer Scherkräfte der Einwirkung hoher Schergeschwindigkeiten ausgesetzt. In dem Meße, wie sich der Rotor der Kolloidmühle dreht, schaffen die Turbinenschaufeln auf der Oberseite des Rotors ein Unterdruckdifferential, durch welches der konzentrierte Saft in eine erste Scherungszone geschoben wird, welche an dem Ende des Rotors mit kleinem Durchmesser gelegen ist. Der konzentrierte Saft wird der Einwirkung eines starken Aufprallens und einer plötzlichen Scherung und zusätzlich einer Zentrifugalkraft ausgesetzt, welche die bereits vorgebrochenen Tröpfchen des konzentrierten Saftes gegen die scharfen Zähne des Stators treibt. Während der konzentrierte Saft in die zweite Scherungszone der Kolloidmühle eintritt, laufen die Turbinenschaufeln engtoleriert an den Statorzähnen vorbei. Verzahnungen, die in der Oberseite des Rotors, an der Basis der Turbinenschaufeln, ausgebildet sind, drehen sich ebenfalls rasch an dem Stator vorbei und bewirken eine weitere Zerkleinerung der Fruchtfleischteilchen.
- Mit zunehmender Geschwindigkeit fließt der die teilweise zerkleinerten Fruchtfleischteilchen enthaltende, konzentrierte Saft durch die Kanäle, welche durch das Zusammenwirken zwischen der Oberseite des Rotors und der Unterseite des Stators gebildet werden. Der konzentrierte Saft ist dann äußersten Kräften einer hydraulischen Scherung unterworfen, während er durch den engen Spalt (z.B. in der Größenordnung von etwa 0,001 Zoll (25,4 um)) zwischen dem Rotor und dem Stator geführt wird. Der konzentrierte Saft wird schließlich durch eine hohe Zentrifugalkraft von dem Rotor gegen den glatten Teil der Wand des Stators geschleudert. Durch dieses Aufprallen mit hoher Geschwindigkeit wird eine zusätzliche Reduktion der Teilchengröße der Teilchen des "sinkenden" Fruchtfleisches bewirkt. In dem Maße, wie die größeren Fruchtfleischteilchen durch diese Kombination einer hohen Aufprallkraft und einer hohen hydraulischen Scherung zerkleinert werden, wird die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches entsprechend reduziert.
- Was die Bearbeitungsbedingungen anlangt, so kann das Behandeln des konzentrierten Orangensaftes in einer Kolloidmühle bei Temperaturen durchgeführt werden, die für eine Hochdruck-Homogenisierung geeignet sind. Ebenfalls so wie das Hochdruck-Homogenisieren kann auch das Behandeln in der Kolloidmühle durch einen oder mehrere Durchgänge des konzentrierten Saftes durch die Mühle durchgeführt werden, um die gewünschten Wirkungen einer Reduktion der mittleren Teilchengröße und einer Erniedrigung der Viskosität zu erzielen.
- Ein Hauptvorteil der mit hoher Scherung verbundenen Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Viskosität des dabei erhaltenen Orangensaftkonzentrates in wirksamer Weise abgesenkt werden kann, ohne daß die nachteiligen Wirkungen der anderen viskositätserniedrigenden Verfahren verursacht würden. So wird beispielsweise bei dem mit hoher Scherung verbundenen Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung das Absenken der Viskosität ohne irgendeinen Verlust In der Saftausbeute erzielt. Das sich aus der mit Scherung verbundenen Behandlung ergebende Orangensaftkonzentrat kann in 100%igen Orangensaftprodukten verwendet werden. Die mit hoher Scherung verbundene Behandlung kann auch ohne das Erfordernis von inerten Atmosphären zur Verhinderung der Bildung von Nebengeschmacksnuancen durchgeführt werden.
- Es hat sich erwiesen, daß die mit hoher Scherung verbundene Behandlung des konzentrierten Orangensaftes gemäß der vorliegenden Erfindung für die Erzielung einer maximalen Reduktion der mittleren Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches ebenso wie für ein wesentliches Absenken der Viskosität des dabei entstandenen Konzentrates besonders wichtig ist. Durch die Hochdruck-Homogenisierung eines einfach konzentrierten Orangensaftes und eine nachfolgende Verdampfungskonzentration wird die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches tatsächlich reduziert, und die Viskosität des entstandenen Konzentrates wird tatsächlich im Vergleich zu dem konzentrierten, nicht-homogenisierten Saft abgesenkt. Die viskositätsabsenkenden Wirkungen sind jedoch signifikant geringer, verglichen mit der Hochdruck-Homogenisierung von konzentriertem Orangensaft. So ist beispielsweise unerwarteterweise gefunden worden, daß durch eine Hochdruck-Homogenisierung von konzenzriertem Orangensaft gemäß der vorliegenden Erfindung um etwa 25% größere Vorteile im Sinne eines Absenkens der Viskosität als jene Vorteile erzielt werden können, die durch eine Hochdruck-Homogenisierung von einfach konzentriertem Orangensaft mit anschließender Verdampfungskonzentration erreicht werden. Es wird angenommen, daß diese größeren Vorteile im Sinne einer Viskositätsabsenkung auf die Tatsache zurückzuführen sind, daß durch eine Hochdruck-Homogenisierung von konzentrierten Säften zusätzlich zu der Reduktion der Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches Pektin-/Zitrat-/Zucker-Gele zum Zerfallen gebracht werden, welche durch den Konzentrationsvorgang gebildet worden sind.
- Das mit hoher Scherung verbundene Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann generell bei irgendeinem geeigneten, konzentrierten Orangensaft angewendet werden, der einen Feststoffgehalt des Saftes von etwa 50º bis eta 70º Brix aufweist. Für den Gebrauch im Rahmen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung bevorzugte konzentrierte Orangensäfte weisen einen Feststoffgehalt des Saftes von etwa 58º bis etwa 65º Brix auf. Vor der mit hoher Scherung verbundenen Behandlung beträgt die Viskosität dieser konzentrierten Orangensäfte generell wenigstens etwa 5 cP (Brasilianische Fruchte) oder wenigstens 0,006 kg/m/s (6 cP) (Florida-Früchte), gemessen bei 8ºC und bei 11,8º Brix. Gewöhnlich fällt die Viskosität dieser konzentrierten Orangensäfte in einen Bereich von 0,005 bis 0,01 kg/m/s (5 bis 10 cP) bei 8ºC und bei 11,8º Brix. Für konzentrierte Säfte, welche einen Feststoffgehalt des Saftes von 58º bis 65º Brix aufweisen, beträgt die Viskosität gewöhnlich wenigstens 1,7 kg/m/s (1.700 cP) und noch typischer wenigstens etwa 2.000 cP, gemessen bei 8ºC und bei 58º Brix, wobei ein typischer Viskositätsbereich 2 bis 5 kg/m/s (2.000 bis 5.000 cP) beträgt.
- Vor der mit hoher Scherung verbundenen Behandlung haben diese konzentrierten Orangensäfte gewöhnlich einen Gehalt an "sinkendem" Fruchtfleisch von wenigstens 7 Vol.-%, wobei ein typischer Bereich 7 bis 10 Vol.-% ausmacht. Nach der mit hoher Scherung verbundenen Behandlung ist der Gehalt des dabei entstandenen Orangensaftkonzentrates mit niedriger Viskosität an "sinkendem Fruchtfleisch" typischerweise auf einen Bereich von 3 bis 7 Vol.-% reduziert. Dieser niedrigere Gehalt an "sinkendem" Fruchtfleisch ist auf die Tatsache zurückzuhhren, daß die Teilchen des "sinkenden" Fruchtfleisches nach der mit hoher Scherung verbundenen Behandlung generell viel kleiner sind und sich daher vor der Messung des Gehaltes an "sinkendem" Fruchtfleisch durch Zentrifugieren der Konzentratprobe leichter verdichten lassen. Da der Gehalt an "sinkendem" Fruchtfleisch eine Volumensmessung ist, spiegeln die niedrigeren Werte fur die Orangensaftkonzentrate der vorliegenden Erfindung diese Verdichtung der kleineren Fruchtfleischteilchen wider.
- Innerhalb des Rahmens der oben definierten Kennmerkmale können die für ein mit hoher Scherung verbundenes Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung brauchbaren konzentrierten Orangensäfte nach irgendeinem geeigneten Konzentrationsverfahren erhalten werden. Beispielsweise kann ein geeigneter konzentrierter Orangensaft durch Gefrierkonzentration erhaltenw erden. Eine Gefrierkonzentration umfaßt typischerweise das Hindurchführen des Serumanteiles eines einfach konzentrierten Beschickungssaftes durch einen Dünnschicht-Wärmeaustauscher unter Bildung von im wesentlichen reinen Eiskristallen, welche dann von dem konzentrierten Saft abgetrennt werden. Ein bevorzugtes Verfahren der Gefrierkonzentration ist in der am 22. Februar 1983 für Strobel ausgegebenen US-PS 4 374 865 beschrieben, welche durch Bezugnahme darauf in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen wird. Konzentrierter Orangensaft kann auch durch Verwendung von Umkehrosmosemembranen erhalten werden.
- Typischerweise wird der konzentrierte Orangensaft durch Verdampfungskonzentration erhalten. Beispiele geeigneter Verdampfer zur Gewinnung solcher konzentrierter Säfte umfassen den Typus des Rieselfilm-Verdampfers, oder, noch typischer, Kurzzeit-Verdampfer mit Temperaturbeschleunigung (TASTE, "temperature accelerated short time evaporators"). Siehe Nagy et al, Citrus Science and Technology, Bd. 2 (1977), Seiten 217 - 18, worin ein 7-stufiges Standard- TASTE-Verdampfer-System mit 4 Leistungen zur Herstellung eines geeigneten konzentrierten Orangensaftes beschrieben ist.
- Vom Standpunkt der Gewinnung von konzentrierten Säften mit weniger Beigeschaack nach "Gekochtem" aus können bevorzugte konzentrierte Säfte für den Gebrauch in dem mit hoher Scherung verbundenen Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung nach dem Verdampfungskonzentrationsverfahren erhalten werden, welches in Teil C der am 18. Mai 1987 eingereichten US-Patentanmeldung Serial Nr. 052,089, von Piotrowski, Ross, Strobel, Thundathil und Tsai beschrieben ist. Diese bevorzugten konzentrierten Säfte werden durch anfängliches Erhitzen eines Beschickungssaftes, der einen Feststoffgehalt des Saftes von etwa 9º bis etwa 14º Brix aufweist, in einem oder mehreren Platten-Verdampfern des Typus Sigmastar auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 95º bis etwa 160ºF erhalten, wobei ein vorkonzentrierter Beschickungssaft erhalten wird, der einen Feststoffgehalt des Saftes von etwa 15º bis etwa 25º Brix aufweist. Dieser vorkonzentrierte Beschickungssaft wird dann unter Vakuum in einem oder mehreren Platten-Verdampfern des Typus Sigmastar auf Temperaturen in einem Bereich von etwa 160º bis etwa 180ºF unter Bedingungen einer hohen Scherung auer über die erhitzte Oberfläche jedes Verdampfers erhitzt, wobei ein mittelstark konzentrierter Saft erhalten wird, der einen Feststoffgehalt des Saftes von etwa 25º bis etwa 40º Brix aufweist. Dieser mittelstark konzentrierte Saft wird dann in einem oder mehreren Platten-Verdampfern des Typus sigmastar auf Temperaturen in einem Bereich von 76,7º bis 37,8ºC (170º bis 100ºF) erhitzt und wird dann rasch auf eine Temperatur von 18,3ºC (65ºF) oder darunter abgekünlt, wobei der konzentrierte Orangensaft erhalten wird, der weniger Beigeschmack nach Gekochtem aufweist.
- Dieser konzentrierte Saft, der weniger Beigeschmack nach Gekochtem aufweist, kann auch nach einem alternativen, weniger bevorzugten Verdampfungskonzentrationsverfahren erhalten werden, welches ebenfalls in Teil C der obigen Patentanmeldung von Piotrowski et al. beschrieben ist. Bei diesem alternativen Verfahren wird ein Zentrifugal-Kegel-Verdampfer (z.B. ein "Centri-Therm"-Verdampfer) verwendet. Der Ausgangsbeschickungssaft wird durch die Oberfläche der Unterseite des rotierenden Teiles des Vercampfers unter einem Vakuum bis auf eine maximale Temperatur von 37,8º bis 57,2ºC (100º bis 135ºF) erhitzt und wird dann auf eine Temperatur von 32,2ºC (90ºF) abgekühlt, wobei der konzentrierte Orangensaft erhalten wird, der ein geringeres Ausmaß eines Beigeschmacks nach Gekochtem aufweist.
- Diese bevorzugten konzentrierten Orangensäfte werden durch Konzentrieren der in Teil A der obigen Patentanmeldung von Piotrowski et al. beschriebenen Beschickungssäfte erhalten, welche "einem handgepreßten Saft eher gleichen". Diese bevorzugten Beschickungssäfte sind durch minimierte Gehalte an Schalenöl und Flavanoid-Glykosiden und insbesondere durch niedrigere Viskositäten und minimierte Gehalte an "sinkendem" Fruchtfleisch gekennzeichnet. Diese bevorzugten Beschickungssäfte werden durch Verarbeiten der Orangenfrucht unter sanften Bedingungen des Extrahierens und Fertigstellens mit anschließendem Zentrifugieren, zum Absenken der Viskosität und zum Reduzieren des Gehaltes an "sinkendem" Fruchtfleisch, erhalten.
- Die Orangensaftkonzentrat-Produkte mit hohem Brix-Wert gemäß der vorliegenden Erfindung können durch geeignetes Vermischen von:
- (a) dem Orangensaftkonzentrat mit niedriger Viskosität, welches durch eine mit hoher Scherung verbundene Behandlung des konzentrierten Orangensaftes, wie dieselbe in Teil C dieser Anmeldung beschrieben ist, erhalten worden ist;
- (b) Orangen-Aromastoff- und Geschmacksstoffmaterialien;
- (c) gegebenenfalls, jedoch vorzugsweise, fühlbarem Fruchtfleisch; und
- (d) erforderlichenfalls, als Rest, Wasser, formuliert werden.
- Die Menge des Konzentrates von niedriger Viskosität, welche in diesen Produkten von hohem Brix-Wert enthalten ist, hängt von dem gewünschten Feststoffgehalt ab. Generell wird das Konzentrat von niedriger Viskosität in einer Menge einverleibt, welche ausreicht, um einen Feststoffgehalt des Saftes von etwa 50º bis etwa 70º Brix in dem Konzentratprodukt zu ergeben. Für die bevorzugten 5:1-Produkte wird das Konzentrat von niedriger Viskosität in einer Menge einverleibt, welche ausreicht, um einen Feststoffgehalt des Saftes von etwa 55º bis etwa 60º Brix zu ergeben.
- Die Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität, welche zur Herstellung dieser Konzentratprodukte mit hohem Brix-Wert verwendet werden, bestehen typischerweise aus einem Gemisch von Konzentraten (vor oder nach der mit hoher Scherung verbundenen Behandlung), welche verschiedene Verhältniszahlen für das Verhältnis von dem Brix-Wert für die Feststoffe zu der titrierbaren Acidität (TA) aufweisen. Dieses Gemisch kann so formuliert werden, daß es irgendein geeignetes Verhältnis von dem Brix-Wert für die Feststoffe zu dem TA-Wert aufweist. Typischerweise kann dieses Verhältnis von dem Brix-Wert ftir die Feststoffe zu dem TA-Wert in einen Bereich von 12 bis 20 fallen. Bevorzugte Gemische von Orangensaftkonzentraten mit niedriger Viskosität weisen ein Verhältnis von dem Brix-Wert für die Feststoffe zu dem TA-Wert von 14 bis 17 auf.
- Zusätzlich zu dem Verhältnis von dem Brix-Weft für die Feststoffe zu dem TA-Wert stellen die Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität, welche zum Formulieren dieser Konzentratprodukte mit hohem Brix-Wert verwendet werden, typischerweise ein Gemisch von Konzentraten (vor oder nach der mit hoher Scherung verbundenen Behandlung) dar, welche aus verschiedenen Varietäten von Orangenfrüchten stammen. Diese Konzentrate stammen typischerweise aus Florida-Frühe Ernte ("Early")/Ernte aus der mittleren Saison ("Midseason)"- und Valencia-Früchten. Konzentrate, welche aus Florida-Valencia-Orangenfrüchten erhalten worden sind, werden für die Konzentratprodukte mit hohem Brix-Wert gemäß der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt. Konzentrate, welche aus anderen Orangenfrüchten, insbesondere Brasilianischen Valencia-Früchten, erhalten worden sind, können ebenfalls zusammen mit Konzentraten formuliert werden, welche aus Florida-Frühe Ernte ("Early")/Ernte aus der mittleren Saison ("Midseason)"- und Valencia-Früchten erhalten worden sind. Tpischerweise besteht das Orangensaftkonzentrat mit niedriger Viskosität, welches zum Formulieren der Konzentratprodukte mit hohem Brix-Wert der vorliegenden Erfindung verwendet wird, aus den folgenden Mischungen von Konzentraten: zu 0 bis 50 % aus einem Konzentrat, welches aus Florida-Frühe Ernte/Ernte aus der Mittleren Saison-Früchten stammt; zu 0 bis 100 % aus einem Konzentrat, welches aus Florida-Valencia-Früchten stammt; und zu 0 bis 85 % aus einem Konzentrat, welches aus Brasilianischen Valencia-Früchten stammt. Vorzugsweise besteht dieses Gemisch von Konzentraten zu 0 bis 40% aus einem Konzentrat, welches aus Florida-Frühe Ernte/Ernte aus der Mittleren Saison-Früchten stammt; zu 15 bis 100 % aus einem Konzentrat, welches aus Florida-Valencia-Früchten stammt; und zu 0 bis 85 % aus einem Konzentrat, welches aus Brasilianischen Valencia-Früchten stammt.
- Die Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität, welche aus einem konzentrierten Orangensaft erhalten worden sind, der seinerseits durch Gefrierkonzentration oder durch Umkehrosmosekonzentration von Orangensaft erhalten worden ist, weisen gewöhnlich angemessene Mengen und eine angemessene Ausgewogenheit von Orangen-Aromastoff- und Geschmacksstoffmaterialien auf. Die Orangensaftkonzentrate mit niedriger Viskosität, die aus einem konzentrierten Orangensaft erhalten worden sind, der seinerseits Verdampfungsverfahren unterworfen worden ist, sind jedoch, was die Orangen-Aromastoffe und -Geschmacksstoffe anbelangt, ziemlich neutral. Demgemäß müssen zu diesen durch Verdampfungsverfahren gewonnenen Orangensaftkonzentraten Materialien zugesetzt werden, welche diesen Konzentraten das charakteristische Aroma und den charakteristischen Geschmack von Orangensaft verleihen. Geeignete Quellen für Orangen-Aromastoff-/-Geschmacksstoffmaterialien umfassen handelsübliche Orangenessenzen, handelsübliche Orangenöle und kaltgepreßte Schalenöle. Nicht-Orangen-Quellen für natürliche Geschmacksstoffe können ebenfalls als Quellen für Aromastoff-/Geschmacksstoffmateriailen verwendet werden. Konzentrierte Aromastoff - und Geschmacksstoffmaterialien werden wegen des hohen Feststoffgehaltes des Saftes, der für die Konzentratprodukte der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, als Zusatzstoffe bevorzugt.
- Die Orangen-Aromastoff- und Geschmacksstoffmaterialien werden in Mengen und Verhältnissen zugegeben, welche dahingehend wirksam sind, daß sie die für das Konzentratprodukt mit hohem Brix-Wert erwünschten Orangen-Aromastoff- und -Geschmacksstoffeigenschaften ergeben. Die besonderen gewünschten Aromastoff - und Geschmacksstoffwirkungen können irgendwelche von solcher Art sein, daß sie dem Fachmann in der Orangensaftindustrie für geeignet erscheinen. Beispielsweise können die Konzentratprodukte mit hohem Brix-Wert gemäß der vorliegenden Erfindung so formuliert werden, daß sie einen beliebigen geeigneten Gehalt an titrierbarem Öl (Schalenöl) aufweisen. Der Gehalt dieser Konzentrate an titrierbarem Öl beträgt generell 0,025 % oder noch weniger. Der Bereich für den Gehalt an titrierbarem Öl beträgt typischerweise 0,010 bis 0,020 %. (Der Gehalt dieser Konzentratprodukte mit hohem Brix-Wert an titrierbarem Öl kann nach dem sogenannten "Scott Oil"-Verfahren gemessen werden, welches in Nagy et al, "Citrus Science and Technology", Bd. 2 (1977), S. 506 bis 508, beschrieben ist.)
- Die Quelle für das fühlbare Fruchtfleisch zum Formulieren der Konzentratprodukte mit hohem Brix-Wert gemäß der vorliegenden Erfindung kann irgendeine handelsübliche Quelle für fühlbares Fruchtfleisch umfassen, welche im Geschmack ziemlich neutral ist, und welche nicht übermäßig beansprucht oder geschädigt worden ist. Die Konzentratprodukte mit hohem Brix-Wert gemäß der vorliegenden Erfindung können so formuliert werden, daß sie irgendeinen geeigneten Gehalt an fühlbarem Fruchtfleisch aufweisen. Generell kann der Gehalt an fühlbarem Fruchtfleisch in einen Bereich von 2 bis 14 % fallen. Bevorzugte Konzentratprodukte mit hohem Brix-Wert gemäß der vorliegenden Erfindung weisen einen Gehalt an fühlbarem Fruchtfleisch von 4 bis 9 auf.
- Irgendeine geeignete Reihenfolge des Beimengens kann zum Formulieren der Konzentratprodukte mit hohem Brix-Wert gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Eine typische Reihenfolge des Beimengens bei der Herstellung dieser Konzentratprodukte mit hohem Brix-Wert ist die folgende:
- Die Orangen-Aromastoff- und Geschmacksstoffmaterialien und das fühlbare Fruchtfleisch werden zu einem Teil des Orangensaftkonzentrates mit hoher Viskosität zugesetzt und dann vermischt. Dann wird der restliche Teil des Konzentrates zugegeben und vermischt. Erforderlichenfalls wird Wasser zugegeben und vermischt, um den Feststoffgehalt des Saftes einzustellen.
- Diese Reihenfolge des Beimengens wird typischerweise bei einer Temperatur von 20º bis 30ºF (-6,7 bis -1,1ºC) durchgeführt. Sobald die Konzentratprodukte mit hohern Brix-Wert gemäß der vorliegenden Erfindung formuliert worden sind, können sie in Dosen oder andere geeignete Behälter abgefüllt werden, und sie werden dann typischerweise für die Verteilung und die Lagerung durch den Verbraucher tiefgekühlt oder eingefroren.
- Nachstehend wird die Bedeutung der Hochdruck-Homogenisierung von konzentriertern Orangensaft gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
- Konzentrate mit einem Feststoffgehalt von 65º Brix, welche aus Brasilianischen Fruchten bzw. aus Florida-Frühe Ernte/Ernte aus der Mittleren Saison-Früchten bzw. aus Florida-Valencia-Früchten stammten, und welche durch TASTE gewonnen worden sind, ebenso wie ein Florida-Valencia-Konzentrat mit 65º Brix, welches nach dem bevorzugten Verdampfungsverfahren von Piotrowski et al. erhalten worden ist, wurden ein- bis dreimal durch einen Zweistufen- APV-Gaulin-Modell-M3-Homogenisator hindurchgeführt. Die Konzentrate wurden in den Homogenisator bei einer Temperatur von 37ºF (2,8ºC) eingeführt. Der Druck in der ersten Stufe des Homogenisators war auf 3.448 kPa (500 psi) eingestellt, während der Druck in der zweiten Stufe über einen Bereich von 6.897 bis 34.485 kPa (1.000 bis 5.000 psi) variierte. Schätzungsweise fielen die Schergeschwindigkeiten unter diesen Bedingungen in einen Bereich von 1 bis 10 Millionen Sekunden&supmin;¹. Die so entstandenen, homogenisierten Konzentrate wurden gesammelt und anschließend auf ihre Dispergierungskennmerkmale, auf die Viskosität des Konzentrates bzw. des einfach konzentrierten Saftes,auf die mittlere Teilchengröße des Fruchtfleisches und auf die Gehalte an "sinkendem" Fruchtfleisch bewertet, wie dies nachstehend dargestellt ist. Konzentrat Behandlung Dispergierungszeit "Sinkendes Fruchtfleisch" Mittlere Teilchengröße (um) Viskosität des Konzentrates g/m/s (cP) Viskosität des einfach konzentrierten Saftes g/m/s (cP) Brasilianische Früchte Florida-Frühe Ernte/Ernte aus der mittleren Saison-Früchte Valencia Piotrowski et al unbehalt
- Die obigen Daten belegen die breite Anwendbarkeit der Hochdruck-Homogenisierung quer durch eine umfassende Vielfalt von Konzentrat-Beschickungsmaterialien. Die fortschreitende Behandlung durch entweder Durchgänge bei höheren Drücken oder durch Mehrfachdurchgänge führte sowohl zu einer Reduktion des Gehaltes an "sinkendem" Fruchtfleisch als auch zu einer Reduktion der mittleren Teilchengröße des Fruchtfleisches. Darüberhinaus wurden fortschreitende Reduktionen der Viskositäten sowohl des Konzentrates als auch des einfachkonzentrierten Saftes und Verbesserungen in den Dispergierungskennmerkmalen beim Verdünnen erhalten. Die obigen Daten zeigen auch, hinsichtlich der TASTE-Konzentrate, die aus Florida-Frühe Ernte/Ernte aus der Mittleren Saison-Früchten bzw. Valencia-Früchten erhalten worden waren, daß Konzentrate mit höheren Anfangsviskositäten ein größeres Ausmaß an Behandlung (das heißt mehr Durchgänge durch den Homogenisator) erfordern können, um die gewünschten Vorteile zu erzielen. Geschmacksbewertungen der behandelten Konzentrate gegenüber den jeweiligen unbehandelten Konzentraten zeigten keine Nebengeschmacksnuancen infolge der Behandlung. Dies wurde auch in 5:1-Konzentratprodukten bestätigt, welche zugesetzte Orangen-Aromastoff- und Geschmacksstoffmaterialien (nämlich Essenzen und Öle) und zugesetztes fühlbares Fruchtfleisch enthielten.
- Die oben erhaltenen homogenisierten TASTE-Konzentrate aus Brasilianischen Früchten und die gemäß Piotrowski et al. erhaltenen homogenisierten Konzentrate aus Brasilianischen Früchten wurden auch auf ihre Lagerungsbeständigkeit über einen Zeitraum von 12 Wochen bei 0ºF (-17,8ºC) bewertet, wie dies nachstehend dargestellt ist. Pitrowski et al Brasilianische Früchte Alter (Wochen) unbehandelt Viskosität des einfach konzentrierten Saftes g/m/s (cP) Viskosität des Konzentrates g/m/s (cP) "Sinkendes Fruchtfleisch" (%) Ascorbinsäure (ppm)
- Die obigen Daten zeigen, daß die Wirkungen einer Viskositätsreduktion durch die Hochdruck-Homogenisierung nicht reversibel sind. Die Ascorbinsäure-Analysen legen es nahe, daß infolge der Behandlung kein oxidativer Abbau stattgefunden hat.
- Ein Konzentrat mit 65º Brix aus Brasilianischen Früchten wurde bei 40ºF (4,4ºC) durch einen Dreistufen-Tekmar-in Line-Mischer gepumpt, der bei einer Schergeschwindigkeit von etwa 40.000 s&supmin;¹ betrieben wurde. Das behandelte Konzentrat wurde gegenüber dem unbehandelten Konzentrat bewertet, wie dies nachstehend angeführt ist. unbehandelt behandelt Viskosität des Konzentrates g/m/s (cP) Viskosität des einfachkonzentrierten Saftes, g/m/s (cP) Mittlere Teilchengröße (um) "Sinkendes Fruchtfleisch"(%)
- Die kleine Änderung, welche sowohl in der Teilchengröße des Fruchtfleisches als auch in der Viskosität aufgetreten ist, und welche vorstehend für die Behandlung des konzentrierten Saftes in dem mit einer niedrigen Schergeschwindigkeit arbeitenden Tekmar-Mischer aufgezeigt wird, beweist die Wichtigkeit der hohen Schergeschwindigkeiten gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
- Florida-Früchte der von dem Hamlin-Abpackbetrieb vertriebenen Sorte wurden auf einem FMC-Modell-391-Entsafter extrahiert, der mit "Standard"-Entsaftungskomponenten arbeitet, welche aus 76,2 mm (3 Zoll)-Schalen, einem 11,11 mm (7/16 Zoll) langen Restriktor und einem Filterrohr mit Öffnungen von 1,02 mm (0,04 Zoll) bestanden. Der Entsafter wurde auf einen Abstand für die Orangenschalen von 7,94 mm (5/16 Zoll) und auf einen Balkenabstand von 19,05 mm (3/4 Zoll) eingestellt. Nach dem Entsaften wurde der Saft durch Hindurchführen durch ein Liquatex-Vibrationssieb der USA-Standard-Siebgröße 18 (lichte Maschenweite 1 mm) fertiggestellt, um großes fühlbares Fruchtfleisch zu entfernen. Der fertige Saft hatte einen Feststoffgehalt von 9,3º Brix, eine Viskosität von 9,3 g/m/s (cP) und eine mittlere Teilchengröße von 452 um.
- Ein Teil des fertigen Saftes wurde konzentriert (Kontrolle), wonach eine Hochdruck-Homogenisierung (Nachbehandlung) durchgeführt wurde. Ein anderer Teil des fertigen Saftes wurde einer Hochdruck-Homogenisierung unterworfen, um einen homogenisierten Saft zu ergeben, der eine mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches von 181 um sowie eine Viskosität von 5 g/m/s (cP) bei 11,8º Brix aufwies, wonach eine Verdampfungskonzentration (Vorbehandlung) vorgenommen wurde. In jedem Falle wurde die Verdampfungskonzentration in einem Rotovap-Verdampfer durchgeführt, der unter einem Vakuum von 67.558 bis 84.448 kPa (20 bis 25 Zoll Hg) mit einem Heißwasserbad auf eine Temperatur von 78º bis 82ºC temperaturgeregelt war. Alle so erhaltenen Konzentrate wiesen Feststoffgehalte des Saftes von 65º bis 67º Brix auf. Die Hochdruck-Homogenisierung wurde durch einen Durchgang durch einen APV-Gaulin-Modell-M15-Laboratoriums-Homogenisator durchgeführt, der bei einem Druck von 20.691 kPa (3.000 psi) betrieben wurde.
- Die Ergebnisse dieser Bewertung sind nachstehend angeht. Kontrolle Vorbehandelt Nachbehandelt "Sinkendes "Fruchtfleisch (%) Mittlere Teilchengröße (um) Viskosität des Konzentrates, g/m/s (cP) Viskosität des einfachkonzentrierten Saftes, g/m/s (cP)
- Aus den obigen Daten geht hervor, daß man bei einer Nachbehandlung des konzentrierten Saftes gemäß der vorliegenden Erfindung ein Konzentrat von niedrigerer Viskosität als bei einer Vorbehandlung des fertigen Saftes, mit nachfolgender Konzentration, erhält.
- Nachstehend wird die Herstellung eines Konzentratproduktes mit hohem Brix-Wert gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 85/15-Gemische aus einem TASTE-Konzentrat aus Brasilianischen Früchten und einem Konzentrat aus Florida-Valencia-Früchten, welches nach dem bevorzugten Verfahren von Piotrowski et al. erhalten worden war, wurden bei 25ºF (-3,9ºC) durch einen APV-Gaulin-Homogenisator geführt, der auf eine Fließgeschwindigkeit von 8g/min(30 l/min) eingestellt worden war. Der Druck in der ersten Stufe des Homogenisators war auf 500 psi eingestellt, während der Druck in der zweiten Stufe auf 4.000 psi eingestellt war. Die homogenisierten Gemische wurden durch Hindurchführen durch einen Rahmenwärmeaustauscher auf 20ºF (-6,7ºC) abgekühlt, bevor sie in einen kaltwandigen Tank eingebracht wurden. Die zusammengesetzten Ergebnisse für die vier Chargen des verarbeiteten Konzentratgemisches waren wie folgt: Unbehandelt Homogenisiert Viskosität des Konzentrates, g/m/s (cP) Viskosität des einfach konzentrierten Saftes, g/m/s (cP) "Sinkendes"Fruchtfleisch (%) Teilchengröße (um)
- Orangen-Aromastoff- und Geschmacksstoffmaterialien (nämlich Essenzen und Öle), Wasser und fühlbares Fruchtfleisch wurden zu den homogenisierten Konzentratgemischen zugegeben. Die Formulierung wurde auf einen Feststoffgehalt von 58º Brix eingestellt, während 30 min vermischt und dann abgekühlt. Das so entstandene 5:1-Konzentratprodukt wurde auf einer technischen Verpackungsstraße in Fiberkannen verpackt und vor der Lagerung durch Hindurchführen durch einen Gefriertunnel eingefroren. Beim Rekonstituieren mit Wasser löste sich das 5:1-Produkt ohne Schwierigkeiten sofort auf.
- In die Probenschale eines UL-Adapters werden 16 ml eines Viskositätsstandards (mit einer bekannten Viskosität von 5 bis 10 g/m/s (cP)) gegossen. Ein Brookfield-LVTD-Rotations-Viskosimeter wird aufgestellt, wobei der UL-Adapter in ein Wasserbad von 25ºC gelegt wird. Der Viskositätsstandard in der Probenschale wird In dem Wasserbad während 10 min ins Gleichgewicht kommen gelassen, bevor bei 12 U/min ein Wert abgelesen wird. Die bekannte Viskosität des Viskositätsstandards wird durch den Durchschnitt des bei 12 U/min auf der Scheibe mit Skaleneinteilung abgelesenen Wertes dividiert, um den Ansprechfaktor zu bestimmen.
- Das fühlbare Fruchtfleisch wird aus der Konzentratprobe (nach deren Verdünnung mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von 11,8º Brix) durch Hindurchführen dieser Probe durch ein Sieb der USA-Standardgröße Nr. 20 (lichte Maschenweite 0,84 mm) entfernt. In die Probenschale des UL-Adapters wurden 16 ml der durchgesiebten Probe gegossen. Der UL-Adapter des Viskosimeters wird in ein Wasserbad von 8ºC gelegt. Die durchgesiebte Probe wird in dem Wasserbad während 15 min ins Gleichgewicht kommen gelassen, bevor bei 12 U/min ein Wert abgelesen wird. Die Viskosität der durchgesiebten Probe bei 12 U/min wird durch Multiplizieren des auf der Scheibe mit Skaleneinteilung abgelesenen Wertes mit dem Ansprechfaktor bestimmt.
- Die Viskosität der (erforderlichenfalls mit destilliertem Wasser auf 58º Brix eingestellten) Konzentratprobe wird mit einem LVT-Brookfield-Viskosimeter unter Verwendung einer Spindel Nr. 4 in einem Probenbehälter mit einem Rauminhalt von 8 Unzen (236 ml) und mit einem Innendurchmesser von 1,25 Zoll (3,18 cm) gemessen. Die Konzentratprobe wird in einem Wasserbad von 8ºC während 15 min ins Gleichgewicht kommen gelassen, bevor bei 60 U/min ein Wert abgelesen wird. Die Viskosität der Konzentratprobe wird durch Mutiplizieren des auf der Scheibe mit Skaleneinteilung bei 60 U/min abgelesenen Wertes mit dem entsprechenden Ansprechfaktor bestimmt. Der Ansprechfaktor wird durch Kalibrieren des Viskosimeters mit einem Standard von bekannter Viskosität in einem Bereich von 2.000 bis 5.000 g/m/s (cP) wie bei dem obigen Verfahren a. bestimmt.
- Die Konzentratprobe wird auf einen einfachkonzentrierten Saft (von 11,8º Brix) verdünnt und dann vor der Teilchengrößenanalyse durch ein USA-Standardsieb Nr.20 (lichte Maschenweite 0,84 mm) hindurchgeführt. Die durchgesiebte Probe wird mit einem Hiac-Royco-Modell-4300-Mehrfachkanal-Teilchengrößen-Analysator mit einem G-1000-Sensor analysiert. Die 32 Kanäle werden so eingestellt, daß sie Teilchengrößen über einen Bereich von 25 um bis 800 um umfassen. Ein von der Firma Hiac-Royco gelieferter IBM-PC-Computer mit einem Größenverteilungs-("Size-Distribution")- Software-(SDS)-Paket (Teil Nr. 4960004) wird für die Datenerfassung und -verarbeitung verwendet.
- Etwa 10 ml der durchgesiebten Probe werden zu 1.000 ml destilliertem Wasser in dem Behälter des Samplers (Probenaufgebers) gegeben, und das Ganze wird dann durch den Meßfühler mit einer Fließgeschwindigkeit von 1.000 ml/min mit kontinuierlicher Zufuhr von frischem destilliertem Wasser gepumpt. Der Teilchenzähler wird so eingestellt, daß er bis zu 100.000 Teilchen je Probe zählt. Auf der Basis der sich ergebenden Volumensvefteilung wird die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches in der Probe von dem IBM-Computer/SDS- Paket berechnet.
- Repräsentative graphische Darstellungen der Volumensverteilung aus dieser Analyse sind in der Fig. 1 und 2 aufgezeigt. Die Teilchengrößen (in um) sind auf der x-Achse aufgetragen. Das in % ausgedruckte Differential, welches gleich dem Volumensprozentsatz der Teilchen von jeder besonderen Größe ist, ist auf der y-Achse aufgetragen.
- Die Dispergierungskennmerkmale des Konzentrates werden dadurch gemessen, daß man die Geschwindigkeit verfolgt, mit welcher eine Probe nach dem Verdünnen mit Wasser einen Feststoffgehalt des Saftes von 11,8º Brix erreicht. Der Zeitpunkt, zu welchem dieser Feststoffgehalt erreicht worden ist, wird als die Dispergierungszeit für eine gegebene Probe definiert.
- Bei diesem Verfahren wird ein A.G.K.Heller-Mischer vom Typus HST1ON mit einem Metor-Regler zum Steuern der U/min verwendet. In einen Becher mit einem Rauminhalt von 1 Quart (946 ml) wird eine ausreichende Menge des Konzentrates gegeben, um 400 g eines einfachkonzentrierten Saftes von 11,8º Brix zu ergeben. Dann wird zu dem Becher destilliertes Wasser von Zimmertemperatur zugegeben. Der Inhalt des Bechers wird während Zeitintervallen von 5 s bei 1.500 U/min mit einem 4-Schaufel-Turbinenmischer umgerührt. Nach 5 s wird der Mischer gestoppt, und der Feststoffgehalt der Lösung (in º Brix) wird unter Verwendung eines kalibrierten Refraktometers abgelesen. Hat der Feststoffgehalt den Wert von 11,8º Brix noch nicht erreicht, dann wird das Mischen während weiterer Zeitintervalle von 5 s so lange fortgesetzt, bis ein Feststoffgehalt von 11,8º Brix erreicht worden ist. Es wird der Mittelwert aus jeweils drei Durchläufen verwendet, um die Dispergierungszeit für eine gegebene Probe zu berechnen.
- Die Konzentratprobe wird ausreichend gerührt, um eine gleichförmige Probe zu erhalten. Wasser wird zugegeben, um die Konzentratprobe auf 11,8º Brix zu verdünnen. Das fühlbare Fruchtfleisch wird aus der verdünnten Probe durch Hindurchführen derselben durch ein USA-Standardsieb Nr.20 (lichte Maschenweite 0,84 mm) entfernt. Die durchgesiebte Probe wird auf eine Temperatur von 26,7 ± 1,11ºC (80 ± 2ºF) ins Gleichgewicht gebracht. Dann werden zwei konische 50 ml-Röhrchen, die mit Teilstrichen versehen sind, mit genau 50 ml von jeder der gut gemischten, ins Gleichgewicht gebrachten Proben gefüllt. Die Röhrchen werden in eine Zentrifuge (IEC Modell HN-SII, IEC-Zentrifugenkopf Nr. 215, IEC-Zapfenringe Nr. 325, IEC-Schilder Nr. 320) so hineingestellt, daß die mit Teilstrichen versehene Skaleneinteilung der Drehrichtung gegenüberliegt. Sobald die Last ausgeglichen ist, werden die Proben während 10 min bei 1.500 U/min zentrifugiert. Die Anzahl der ml des Fruchtfleisches auf dem Boden jedes Röhrchens wird - nach oben oder unten abgerundet - in ml abgelesen, und dann mit 2 multipliziert, um den Volumensprozentsatz des "sinkenden" Fruchtfleisches zu erhalten. Die Werte für die Röhrchen werden gemittelt, um den Volumensprozentsatz des "sinkenden" Fruchtfleisches für die Probe zu erhalten.
- Die Orangensaftviskosität kann als eine pseudoplastische Flüssigkeit beschrieben werden, im Gegensatz zu dem Newton'schen Verhalten von Wasser oder einer Zuckerlösung. Werden Messungen bei verschiedenen Geschwindigkeitsgradienten (Schergeschwindigkeiten) durchgeführt, dann wird das Verhältnis von der Scherspannung (ST) zu der Schergeschwindigkeit (SR) nicht konstant sein. Dieses Verhältnis wird häufig als scheinbare Viskosität (Ua) bezeichnet, welches in dem Maße abnimmt, wie die Schergeschwindigkeit zunimmt. Die Scherspannung ist die Kraft pro Flächeneinheit, welche erforderlich ist, um die Flüssigkeit in Bewegung zu halten, während die Schergeschwindigkeit der Geschwindlgkeitsgradient senkrecht zu der Fließrichtung ist.
- Das Verhalten pseudoplastischer Flüssigkeiten kann durch die Gleichung:
- ST = K x SRn
- oder die Gleichung:
- Ua = ST/SR = K x SR(n-1)
- beschrieben werden, worin K bzw. n die Flüssigkeitskonsistenz- bzw. die Scherungsindexkonstante sind. Diese Gleichungen sind naher in "Perry's Chemical Engineering Handbook", 4.Aufl., S. 5 - 14 und S. 5 - 35 bis 5 - 38, beschrieben.
- Die Schergeschwindigkeit fur eine Kolloidmühle (z.B. vom Greerco-Typus), welche einen Rotor mit einem Durchmesser (D) von 190,5 mm (7,5 Zoll) aufweist, und welche bei 3.550 U/min und bei einer Einstellung des Spaltes zwischen Stator und Rotor von 0,508 mm (0,020 Zoll) betrieben wird, wird durch die Gleichung:
- SR = Geschwindigkeitsgradient/Abstandsgradient = Spitzengeschwindigkeit/Spalt definiert, worin die Spitzengeschwindigkeit durch die Gleichung:
- Spitzengeschwindigkeit = 3,1416 x D x U/min definiert wird.
- Setzt man die oben angegebenen numerischen Werte in diese Gleichung ein, so ergibt sich eine berechnete Schergeschwindigkeit von 697042,5 s&supmin;¹.
- Die Schergeschwindigkeit fur einen Hochdruck-Homogenisator (z.B. einen solchen des Typus APV Gaulin) wird aus den Abmessungen der Ventile und dem volumetrischen Fassungsvermögen für das Produkt bei einem gegebenen Arbeitsdruck berechnet. Repräsentative Ventilabmessungen und Fassungsvermögenszahlen sind in der am 5. Oktober 1982 fur Pandolfe angegebenen US-PS 4 352 573 angeführt. Ein Homogenisator, der bei einem Druck von 13.794 kPa (2.000 psi) arbeitet, erzielt eine stundliche Kapazität von 1.892,7 l (500 Gallonen) durch ein Ventil, welches eine Breite von 0,0254 nin (0,001 Zoll) und eine Länge von 175,3 mm (6,9 Zoll) aufweist. Die Schergeschwindigkeit (SR) für die Hamogenisierung wird wie folgt definiert:
- SR = Geschwindigkeitsgradient/Abstandsgradient = Fortpflanzungsgeschwindigkeit im Milieu/Spalt,
- wobei die Fortpflanzungsgeschwindigkeit im Milieu aus der volumetrischen Fließgeschwindigkeit (Q), der Produktdichte (PD), dem Ventilspalt (G) und den Längen (L)-Abmessungen gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird:
- Fortpflanzungsgeschwindigkeit im Milieu = Q/(PD x G x L).
- Unter Verwendung einer Dichte eines Orangensaftkonzentrates mit 65º Brix von 1,3166 g/cm³ (10,977 lb/Gallone) und den oben angegebenen numerischen Werten ergibt sich eine Schergeschwindigkeit von 4627851 s&supmin;¹.
Claims (12)
1. Orangensaftkonzentrat mit niedriger Viskosität, welches
a. einen Feststoffgehalt des Saftes von 50 bis 70º Brix, vorzugsweise von
58 bis 65º Brix
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Orangensaftkonzentrat
b. eine Viskosität von 0,0055 kg/m/s (5,5 cP) oder darunter, vorzugsweise
von 0,003 bis 0,005 kg/m/s (3-5 cP),gemessen bei 8ºC und bei 11,8º Brix;
und
c. eine mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches von 125 um,
vorzugsweise von 100 um oder darunter, aufweist.
2. Konzentrat nach Anspruch 1, welches weiterhin dadurch gekennzeichnet ist,
daß es einen Gehalt an "sinkendem" Fruchtfleisch von 3 bis 7 Vol.-%,
vorzugsweise von 4 bis 6 Vol.-%, aufweist.
3. Konzentrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine
Viskosität von 0,6 bis 1,7 kg/m/s (600 bis 1.700 cP), vorzugsweise von 0,75
bis 1,5 kg/m/s (750 bis 1.500 cP), gemessen bei 8ºC und bei 58º Brix,
aufweist.
4. Konzentrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es
in 15 s oder darunter, vorzugsweise in 10 s oder darunter, vollständig in
Wasser dispergiert ist.
5. Konzentrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches einen Feststoffgehalt
des Saftes von 50 bis 70º Brix, vorzugsweise von 55 bis 60º Brix, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß dieses Konzentrat weiterhin enthält:
a. Orangenaroma- und -Geschmacksstoffmaterial; und
b. spürbares Fruchtfleisch in einer Menge von 2% bis 14 %, vorzugsweise
von 4 % bis 9 %.
6. Verfahren zur Gewinnung von Orangensaftkonzentraten mit niedriger
Viskosität aus einem konzentrierten Orangensaft, welche Orangensaftkonzentrate
(1) einen Feststoffgehalt des Saftes von 50 bis 70º Brix, vorzugsweise von
58 bis 65º Brix und
(2) eine Viskosität von wenigstens 0,005 kg/m/s (5,0 cP), gemessen bei 8ºC
und bei 11,8º Brix, und vorzugsweise eine Viskosität von wenigstens
1,7 kg/m/s (1.700 cP), gemessen bei 8ºC und 58º Brix aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren eine Stufe umfaßt, in welcher
man den konzentrierten Orangensaft der Einwirkung einer mit hoher Scherung
verbundenen Behandlung während der Zeitspanne unterwirft, welche
ausreicht, um
(3) die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches um
wenigstens 40 um zu reduzieren; und
(4) die Viskosität des konzentrierten Orangensaftes um wenigstens 0,0005
kg/m/s (0,5 cP), gemessen bei 8ºC und bei 11,8º Brix und vorzugsweise
um 0,7 bis 3 kg/m/s (700 bis 3.000 cP), gemessen bei 8ºC und 58º Brix
herabzusetzen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte
Orangensaft während der genannten Behandlungsstufe mit Anwendung einer
hohen Scherung der Einwirkung von Schergeschwindigkeiten von wenigstens
300.000 s&supmin;¹, vorzugsweise von 2,000.000 bis 8,000.000 s&supmin;¹, unterworfen
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der
genannten Behandlungsstufe mit Anwendung einer hohen Scherung die mittlere
Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches um wenigstens 50 um
reduziert und die Viskosität des konzentrierten Saftes um wenigstens 0,0015
kg/m/s (1,5 cP), gemessen bei 8ºC und bei 11,8º Brix, herabgesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der konzentrierte Saft vor der genannten Behandlungsstufe mit Anwendung
einer hohen Scherung eine Viskosität von 0,005 bis 0,01 kg/m/s (5 bis 10
cP), gemessen bei 8ºC und bei 11,8º Brix, und einen Gehalt an "sinkendem"
Fruchtfleisch von wenigstens 7 Vol.-%, vorzugsweise von 7 bis 10 Vol.-%,
aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die mittlere Teilchengröße des "sinkenden" Fruchtfleisches während der
Stufe (b) um 50 bis 125 um reduziert wird, und daß der Gehalt an
"sinkendem" Fruchtfleisch während der genannten Behandlungsstufe mit Anwendung
einer hohen Scherung auf einen Wert von 3 bis 7 Vol.-% verringert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die genannte Behandlungsstufe mit Anwendung einer hohen Scherung dadurch
ausgeführt wird, daß man den konzentrierten Saft, vorzugsweise ein- bis
zweimal, unter einem Druck von wenigstens 6.897 kPa (1.000 psi),
vorzugsweise von 20.691 bis 55.176 kPa (3.000 bis 8.000 psi), durch einen
Homogenisator hindurchführt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der
konzentrierte Saft dem Homogenisator bei einer Temperatur von -6,7 bis 4,4ºC
zugeführt wird.
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