Порошок розчинного напою

Реферат: Винахід стосується порошку розчинного напою, що містить пористі частки порошку, в якому пористість часток становить принаймні 55 %, переважно 65 %, ще переважніше 75 %, і в частках порошку наявні пори середнього діаметра D50 менше 80 мікрон, переважно менше ніж 60 мікрон, ще переважніше менше 40 мікрон, найпереважніше менше 25 мікрон, причому пори мають діапазон розмірів, в якому фактор кроку діапазону складає менше 4, переважніше менше 3, ще переважніше менше 2, найпереважніше менше 1,5. Винахід стосується також способу одержання порошку розчинного напою та його застосування. UA 103993 C2 (12) UA 103993 C2 UA 103993 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь винаходу Даний винахід стосується розчинного напою в порошку, переважно розчинного кавового порошку, який забезпечує покращене спінювання при відновленні. Даний винахід також стосується застосування такого порошку і способу його приготування. Галузь техніки Відомі численні способи покращення утворення піни в розчинних напоях. Наприклад, WO 97/33482 описує розчинний кавовий напій у порошку, який включає розчинний порошок забілювача із вмістом газу та розчинний кавовий порошок. ЕР 0 154 192 В2 і GB 2 154 422 А описують спосіб отримання пінистого напою шляхом додавання води до пульверизованого матеріалу, що має масове співвідношення білок/лактоза від 1/3 до 1/5 і містить солістабілізатори. Пінні вершки також описані в патенті US 4 438 147. Спосіб збільшення ступеню пінистості порошків, висушених у сушарці-розпилювачі, розкритий у ЕР 1 627 572, згідно якого аморфні частки порошковидної розчинної композиції із внутрішніми порожнинами наповнюють газом. Інший спосіб наповнення внутрішніх порожнин стиснутим газом для отримання пінистого розчинного кавового порошку описаний у ЕР 1 627 568. Розчинний кавовий напій із пінистою нижньою поверхнею розкрито у US 6 964 789. Більшість джерел з рівня техніки описують напої із вершковим компонентом, який при відновленні забезпечує бажаний рівень піни і пінистості. Однак, деякі процитовані джерела стосуються розчинних напоїв, які не містять вершкового компоненту, і нижня частина яких не є пінистою. Така композиція напою описана, наприклад, у патентах US 5 882 717 і ЕР 0 839 457 . Відновлений кавовий напій має покращену шапку піни, подібну до піни на еспресо, приготованому з обсмаженої та необсмаженої кави («крема»). Вищезазначене свідчить про те, що покращення пінистості розчинних напоїв все ще є актуальним. Мета винаходу Метою даного винаходу є збільшення кількості піни, яка утворюється при відновленні розчинного напою з порошку, та її стабільності. Суть винаходу Вищезазначеної мети досягають за допомогою ознак, виражених у доданих пунктах формули. Залежні пункти розвивають основну ідею винаходу. В першому аспекті винахід стосується розчинного напою в порошку, що містить пористі частки порошку, який відрізняється тим, що пористість часток порошку становить принаймні 65 %, переважно принаймні 70 %. Застосування порошку за будь-яким з п. 1 - 5 для приготування розчинного напою також є частиною даного винаходу. В третьому аспекті винахід розкриває спосіб приготування порошку розчинного напою, який передбачає стадії: - Піддання екстракту розчинного напою тиску від 50 до 400 бар, переважно від 150 до 400 бар; - Додавання газу до підданого тиску екстракту; - Розпилювання та висушування екстракту для утворення порошку розчинного напою, а також продукт, приготований у такий спосіб. Опис креслень Даний винахід в подальшому описують із посиланням на його окремі втілення, зображені на доданих кресленнях, де: На Фігурі 1 проілюстровано пористість часток продуктів згідно винаходу (РІ І, РІ II) та продуктів з рівня техніки (PA I, PA II, PA III). Фігура 2 є діаграмою, що зображує середній розмір діаметру пор (D 50) при заданому діапазоні діаметру порожнин часток та крок такого діапазону (D 90 - D10)/D50) для продуктів згідно винаходу (РІ І, Р II) та продуктів з рівня техніки (РА І, РА ІІ, РА ІІІ). На фігурі 3 зображено кількість «крема» як функціональної складової пористості продуктів згідно винаходу (РІ І, РІ II) та продуктів з рівня техніки (РА І, РА ІІ, РА ІІІ). Фігура 4 є схемою, що відтворює спосіб приготування порошку згідно даного винаходу Фігура 5 є зображенням пристрою для вимірювання кількості «крема», що утворюється під час відновлення порошку напою. Внутрішній діаметр ємності для відновлення складає 71 мм, її висота - 77,5 мм, висота кришки - 65 мм. Фігура 6 зображує два види шару типових кавових часток згідно винаходу в перерізі в двох різних вимірах, які отримано шляхом рентген-томографії. Шкала в барах відтворює значення у 500 мікронів (для верхнього зображення) та 250 мікронів (для нижнього зображення) відповідно. 1 UA 103993 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Детальний опис винаходу Даний винахід стосується розчинних композицій напоїв з покращеним шаром «крема». «Крема» слід розуміти як тонку піну, що утворена на поверхні рідини. Наприклад, «крема» можна спостерігати при екстрагуванні обсмаженої та не обсмаженої кави під високим тиском у спеціальних кавових машинах. В подальшому в описі наведені посилання на розчинні кавові композиції згідно переважного втілення винаходу. Композиція розчинного напою може бути какао, шоколадом, чаєм, супом, фруктовими напоями. Під композицією розчинного напою мають на увазі композицію висушеного розчинного порошку, який може бути відновлений за допомогою додавання рідини, наприклад, гарячої або холодної води, молока, соку тощо. Розчинний кавовий порошок згідно винаходу включає пористі частки порошку, які відрізняються тим, що частки порошку мають пористість у принаймні 55 %, переважно принаймні 65%, ще переважніше принаймні 70 %. У переважному втіленні винаходу пористість часток порошку становить між 65 та 85 %, переважніше - між 65 та 80 %, ще переважніше між 70 та 80 %, найпереважніше - між 70 та 75 %. Пористість можливо виміряти засобами, відомими з рівня техніки. Наприклад, пористість може бути виміряна згідно наступної формули: Vp  Vcm  100, Vp Де Vр - це об'єм частки, a Vcm - об'єм кавової матриці у частці. Такі показники можуть бути визначені за допомогою стандартних вимірювань, наприклад, ртутної порометрії або за допомогою рентген-томографії. Порошок згідно винаходу також відрізняється його високою пористістю у порівнянні із відомими продуктами (див. фігуру 1). Однак, висока пористість є не лише запорукою доброї розчинності порошку згідно винаходу, але й уможливлює утворення збільшеного шару «крема» при відновленні порошку. В даному порошку наявні пори середнього діаметру D 50 менше 80 мікрон, переважно менше ніж 60 мікрон, ще переважніше менше 40 мікрон, найпереважніше - менше 25 мікрон. Діапазон порожнин у частках вимірюють за допомогою рентген-томографії. Порошок згідно даного винаходу відрізняє більший розмір пор, ніж описано у US 5 882 717. Неочікувано було встановлено, що більший розмір пор також забезпечує тонкий і однорідний шар «крема» у готовому відновленому продукті. Порошок згідно даного винаходу також відрізняється кроком діапазону порожнин у частці, який вимірюють за допомогою рентген-томографії. Крок діапазону обчислюють за формулою: D90  D10 D50 Де D90, D10 і D50 відповідно є діаметрами, при яких 90%, 10% і 50% об'єму часток є частки із розміром нижче даного показника. Пори порошку згідно даного винаходу відрізняються тим, що фактор кроку діапазону (n) становить менше 4, переважніше, менше 3, ще переважніше, менше 2, найпереважніше менше 1,5. Чим меншим є фактор кроку діапазону (n), тим більш одноманітним і незначним є крок діапазону. Таким чином, продукт згідно винаходу відрізняється більш тонким розподілом за розмірами, аніж відомі з рівня техніки продукти (див. фігуру 2). Розмір часток порошку може відрізнятися, наприклад, середнім діаметром частки (діапазон об'єму), Х50. Х50 переважно знаходиться в діапазоні між 50 та 500 мікронами, наприклад, між 100 та 300 мікронами, або між 150 та 250 мікронами. Переваги, яких можна досягти за допомогою вищевказаних ознак порошку згідно даного винаходу, полягають у збільшенні кількості та стабільності шару «крема» при відновленні порошку рідиною. Згідно першого аспекту, було встановлено, що збільшена пористість забезпечує збільшення розчинності розчинного напою і кількості шару «крема». На фігурі 3 показано, що всі продукти з рівня техніки (РА 1, РА II, PA III), яким притаманна нижча пористість у порівнянні із продуктами згідно винаходу (РІ І та II) утворюють меншу кількість шару «крема». Кількість утвореного шару «крема» може бути виміряна за допомогою простого пристрою, що складається з ємності для відновлення, сполученої із резервуаром води, який спочатку закрито клапаном. Після відновлення рідкого напою в ємності (5 г порошку на 200 мл деіонізованої води при 85°С для всіх нижченаведених результатів), ємність для відновлення закривають спеціальною кришкою, яка закінчується капіляром зі шкалою. Клапан між ємністю для відновлення і резервуаром води 2 UA 103993 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відкривають, і вода (стандартна вода з крану будь-якої температури) штовхає відновлений напій у капіляр із шкалою, забезпечуючи можливість визначення кількості шару «крема» Як вбачається при застосуванні даного способу вимірювань, продукти з рівня техніки утворюють від 6 до 9 мл «крема», а продукт згідно винаходу при відновленні утворює більш ніж 10 мл «крема». Також автори вважають, що більш «тонкий» діапазон розмірів пор забезпечує стабільність шару «крема», яку не спостерігають у продуктах з рівня техніки. Більш несподівано, було встановлено, що вищезазначена комбінація розмірів пор, із більш вузьким діапазоном розмірів і високою пористістю забезпечує покращені органолептичні характеристики відновленого продукту в частині текстури піни, стабільності і кількості. Згідно даного винаходу не є необхідним застосування вершків, молочних білків, жиру, солей-стабілізаторів, які застосовуються у багатьох продуктах з рівня техніки для забезпечення пінистості продукту, хоча це і не виключається. Пінистий напій можливо отримати без використання будь-яких домішок, просто шляхом модифікації вищевказаних параметрів часток порошку. В одному з втілень порошок напою згідно винаходу містить вершки та/або забілювач. Також пропонують застосування порошку згідно винаходу для приготування розчинного напою. Переважно, розчинним напоєм є кава. Відновлення порошку згідно винаходу із рідиною надає можливість приготувати рідкий напій із принаймні 10 мл «крема» (при застосуванні 5 г порошку на 200 мл води. Як вбачається з фігури 3, це є значним покращенням в порівнянні із відомими продуктами. Спосіб приготування рідкого напою в порошку показано на фігурі 4. На першій стадії екстракт рідкого напою піддають високому тиску, зазвичай від 50 до 400 бар, переважно від 150 до 350 бар. До та/або після піддання високому тиску за допомогою насосу (2), екстракт перемішують у змішуючому пристрої (1). Розчинний напій подають у пульверизаційну головку (3) насосом під високим тиском (2). У переважному втіленні винаходу екстракт є кавовим екстрактом із вмістом сухої речовини від 35 до 70 % при температурі від 10 до 70°С, переважно від 30 до 70°С. Вбачається, що підтримання низького рівня олії в кавовому екстракті також може бути перевагою. До стисненого екстракту додають газ, наприклад, згідно одного з втілень, між насосом високого тиску (2) та пульверизаційною головкою (3). В іншому втіленні газ подають в екстракт до находження на насос високого тиску. Звичайно газ обирають з азоту, діоксиду вуглецю, оксиду азоту або аргону. Переважно ним є азот. Кількість газу контролюють, слідкуючи, щоб весь газ був розчинений в екстракті. Газ може бути доданий з водою або водним розчином. Тобто, вода або водний розчин можуть бути насичені або перенасичені газом. В такому випадку воду або водний розчин додають до екстракту під тиском. Вода або водний розчин також можуть містити ароматичні сполуки, підсилювачі пінистості, стабілізатори піни тощо. Для одержання постійної концентрації розчиненого газу застосовують статичний міксер або обертовий перемішуючий/змішуюючий пристрій (1). Екстракт під тиском розпилюють через пульверизаційну головку (3). Через швидке зниження тиску у пульверизаційній головці, розчинений газ дегазується і утворює газові бульбашки у розпилених каплях. Базова температура при сушінні в розпилювачі може становити, наприклад, між 70 та 115°С. Пористу структуру отриманого розчинного порошку напою закріплюють шляхом нагрівання (сушіння у сушарці-розпилювачі). Одним з об'єктів винаходу також є розчинний напій, який готують вищеописаним способом. Даний винахід додатково проілюстровано на таких не обмежувальних прикладах. Розчинні порошки напою готують у спосіб із такими стадіями: - Екстрагування кавової суміші з 85 % Робуста за допомогою стандартної технології виготовлення розчинної кави, із наступним виготовленням концентрованого екстракту із вмістом від 45 до 55 % у твердій речовині. - Нагрівання екстракту до температури між 50 та 60°С і підання його тиску від 130 до 160 бар і швидкості потоку екстракту між 600 та 800 кг/год. Впорскування у стиснений екстракт азоту у кількості 1-3 (наприклад, 1,3 або 2,0) частин азоту на кг під тиском у 150 бар до розчинення азоту. - Розпилювання та висушування екстракту при базовій температурі 70 - 90°С. Ртутний порометр для оцінки пористості часток. Для оцінки структури застосовували AutoPore IV 9520 (Micromeritics Inc. Norcrose, GA, USA). Операційний тиск для інтрузії ртутного стовпчика становив від 0,4 фунтів на квадратний дюйм до 90 фунтів на квадратний дюйм (при порті низького тиску від 0,4 фунтів на квадратний дюйм до 40 фунтів на квадратний дюйм і порті високого тиску від 20 до 90 фунтів на квадратний дюйм. Діаметр пор при такому тиску змінювався від 500 до 2 мікронів. 3 UA 103993 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Зразки в кількості від 0,1 до 0,4 г були точно зважені і поміщені у пенетрометр (об'єм 3,5 мл, горловина або капіляр діаметром 0,3 мм, об'єм, головки 0,5 мл). Після увімкнення пенетрометру у порт низького тиску, зразок знегазовують при 1,1 фунтів на квадратний дюйм на хвилину, потім перемикають на середній показник у 0,5 фунтів на квадратний дюйм і на швидкість у 900 м рт.ст. Кінцевою точкою зниження тиску було 60 м рт.ст. Після досягнення цієї точки дегазацію продовжують протягом 5 хвилин до заповнення ртутного стовпчика. Вимірювання проводили відповідно до заданих параметрів. Заданими параметрами є значення тиску, при яких збирають дані, і заданий час піддання тиску (10 секунд). В якості значень тиску відбирають приблизно 140 точок. Кількість порожнин у зразку визначають, виходячи з первинного об'єму ртуті та зразка. Об'єм порожнин між частками отримують після інтрузії ртуті до 2 м. Об'єм порожнин у частках визначають як різницю між об'ємом кавової матриці та об'ємом часток. Об'єм кавової матриці отримують, виходячи з маси зразка і густини кавової матриці. Пористість часток є відношенням об'єму порожнин у частках до об'єму часток. Визначення внутрішньої структури кавових часток за допомогою мікропроцесорної рентгентомографії та аналізу тривимірних зображень. Отримання зображень Рентген-томографічні зображення були виконані за допомогою приладу 1172 Scyscan МСТ (Антверпен, Бельгія) із рентген-променем 80 KB і 100 одиниць виміру. Сканування було виконано за допомогою програмного статку Skyscan (версія 1, 5 (модифікація 0) А (камера Hamamatsu 10 мегапікселів); реконструйовано за допомогою відновлювального програмного статку Skyscan (версія 1.4.4.). Кавові частки сканували у полістиреновій трубі (діаметр 1,6 мм, висота 2 мм, або на клейкій стрічці (максимальний діаметр 4 мм), покритій шаром кавових часток. При об'ємі пікселя 1 мікрон камера була налаштована на режим 4000x2096 пікселів і розміщена на відстані. Час витримки складав 2356 мілісекунд. Сканування виконувалося в межах більше 800 рівнів шкали яскравості, крок обертання становив 0,3°, а середній розмір обрізання - 4. Реконструкція даних проводилася у понад 400 шарах, із настройками контрастності 0,008 0,22. Показники вирівнювання та обрізання були встановлені на рівнях 1 і 5 відповідно. Тривимірний аналіз зображень Тривимірний аналіз був проведений при заданому рівні 1 мікрон/1 піксель за допомогою програмного статку СТАп (версія 1.7.0.3, 64 біт). Аналіз виконували у дві стадії: на першій стадії обирали частки для аналізу шляхом виключення порожнин між частками, на другій визначали розподіл (діапазон) пористості часток. Показник пористості часток, отриманий у такий спосіб, відповідає показникам ртутної порометрії. (і) Вибір часток (показник). Зображення при вирішенні 1 мікрон на піксель повної шкали яскравості (255 рівней яскравості) були сегментовані при рівні яскравості 30, очищені шляхом видалення окремих точок, менших за 16 пікселів, а потім збільшені із застосуванням математичної морфології (радіус 3 пікселі). Обрання досліджуваного об'єму часток виконували за допомогою функції стиснення, а потім коригували із застосуванням математичної морфології (радіус 3 пікселі) для вирівнювання поверхні часток. (іі) розподіл порожнин у частках Зображення на повній шкалі яскравості були перезавантажені і сегментовані на рівні шкали яскравості 40. Пористість часто була підрахована як відношення об'єму зовнішніх пор до об'єму часток, а за об'єм часток було прийнято визначений за п. (і) показник. Відокремлення структур дає змогу визначити розподіл пор за розміром. Порошкові напої готують вищеописаними способами та встановлюють їх характеристики із застосуванням вищеописаних способів. Результати наведені на фігурах 1, 2 та 3, де РІ І та РІ II є порошками напоїв згідно винаходу, одержаними з кавового екстракту, а РА 1, РАН і РАНІ є порошками напоїв, одержаними з кавового екстракту способами, відомими з рівня техніки. РА II і PA III є наявними на ринку розчинними порошками напою, які рекламують як напій-еспресо із відмінним шаром «крема». На фігурі 6 показано типові приклади структури часток кавового напою згідно винаходу. 4 UA 103993 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 1. Порошок розчинного напою, що містить пористі частки порошку, який відрізняється тим, що пористість часток становить принаймні 55 %, переважно 65 %, ще переважніше 75 %, і в частках порошку наявні пори середнього діаметра D50 менше 80 мікрон, переважно менше ніж 60 мікрон, ще переважніше менше 40 мікрон, найпереважніше менше 25 мікрон, причому пори маютьдіапазон розмірів, в якому фактор кроку діапазону складає менше 4, переважніше менше 3, ще переважніше менше 2, найпереважніше менше 1,5. 2. Порошок за п. 1, який відрізняється тим, що пористість часток порошку становить між 65 та 85 %, переважніше між 65 та 80 %, ще переважніше між 65 та 75 %, найпереважніше між 70 та 75 %. 3. Порошок за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що в частках порошку наявні пори середнього діаметра D50 між 10 та 80 мікрон, переважно між 10 та 60 мікрон, ще переважніше між 10 та 40 мікрон, найпереважніше між 10 та 25 мікрон. 4. Порошок за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що розчинний напій є кавою або сумішшю кави/цикорію. 5. Порошок за будь-яким з попередніх пунктів, що додатково включає вершки та/або забілювач. 6. Застосування порошку за будь-яким з пп. 1-5 для приготування розчинного напою. 7. Застосування за п. 6, яке відрізняється тим, що кількість "крема" в розчинному напої становить принаймні 10 мл при застосуванні 5 г порошку на 200 мл деіонізованої води температурою 85 °C. 8. Застосування за будь-яким з пп. 6 або 7, яке відрізняється тим, що розчинний напій є кавою. 9. Спосіб приготування розчинного порошку напою за п. 1, який передбачає стадії: піддання екстракту розчинного напою тиску від 50 до 400 бар, переважно від 150 до 400 бар, додавання газу до підданого тиску екстракту, розпилювання та висушування екстракту для утворення порошку розчинного напою. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що напій є кавою або сумішшю кави і цикорію. 11. Спосіб за п. 9 або 10, який відрізняється тим, що газ вибирають з азоту, діоксиду вуглецю, оксиду азоту, переважно азоту. 12. Спосіб за будь-яким з пп. 9-11, який відрізняється тим, що газ додають із водою або водним розчином. 13. Спосіб за будь-яким з пп. 9-12, який відрізняється тим, що вода або водний розчин включають ароматичні сполуки, підсилювачі пінистості, стабілізатори піни тощо. 14. Спосіб за будь-яким з пп. 9-13, який відрізняється тим, що вода або водний розчин насичені або перенасичені газом. 15. Спосіб за будь-яким з пп. 9-14, який відрізняється тим, що сушіння здійснюють у сушарцірозпилювачі. 16. Розчинний напій в порошку, який виготовлений за будь-яким з пп. 9-15. 5 UA 103993 C2 6 UA 103993 C2 7 UA 103993 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8