PL169901B1

PL169901B1 - Sposób nadawania rozpuszczalnosci produktowi spozywczemu zawierajacemu alfa-glukan PL

Info

Publication number: PL169901B1
Application number: PL92303131A
Authority: PL
Inventors: Philip A Camburn
Original assignee: Smithkline Beecham Plc
Priority date: 1991-10-17
Filing date: 1992-10-13
Publication date: 1996-09-30
Also published as: HU9401097D0; IN174170B; JPH07500014A; AU657580B2; GB9122109D0; AU2695692A; EP0608289A1; CA2121480A1; NZ244747A; TW233250B; CZ91094A3; SG49929A1; CZ281793B6; US5552175A; HUT68599A; ZA927958B; SK42994A3; WO1993007769A3; WO1993007769A2

Abstract

1. Sposób nadawania rozpuszczalnosci produktowi spozywczemu zawierajacemu alfa- glukan poprzez wytlaczanie, który to produkt ma po zmieleniu rozpuszczalnosc rzeczywista w wodzie wynoszaca powyzej 55% wagowych i po wytloczeniu produkt ma stosunek ilosci skladnika alfa-glukanowego o stopniu polimeryzacji powyzej 50 do ilosci tego skladnika o stopniu polimeryzacji ponizej 50 wiekszy niz 1, znamienny tym, ze substancje wyjsciowa zawierajaca weglowodany i majaca wilgotnosc ponizej 40% wagowych poddaje sie proceso- wi silnego mechanicznego rozrywania, przy predkosci obrotów slimaka wytlaczarki od 300 do 1000 obrotów/minute, przy czym proces wytlaczania prowadzi sie w temperaturze mieszczacej sie w zakresie 150-250°C. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób nadawania rozpuszczalności produktowi spożywczemu zawierającemu alfa-glukan.

Sproszkowane napoje są używane na całym świecie, na przykład jako napój przed snem i/lub napój odżywczy.

Najbardziej z nich znany jest słodowany napój sprzedawany pod nazwą handlową Horlicks. Takie produkty charakteryzują się delikatnym smakiem i konsystencją oraz idealnie dobrą rozpuszczalnością w wodzie lub mleku. Szczegółowe procesy według których jest produkowany Horlicks oraz pokrewne napoje są od wielu lat tajemnicą handlową, wiadomo jednak, że są one sporządzane ze zbóż, których skrobia jest całkowicie rozpuszczona przez słodowe enzymy pochodzące z kiełków jęczmienia. Dalszy proces obejmuje mieszanie rozpuszczonego produktu z produktami mlecznymi, cukrem i innymi składnikami, gotowanie i suszenie.

Znane procesy wytwarzania sproszkowanych napojów są nie tylko niekompletne, ich niekorzystną cechą jest również fakt, że są one kosztowne, ponieważ wymagają użycia dużej ilości wody, która następnie musi być usunięta przez ogrzewanie w celu uzyskania sproszkowanego produktu,

Wytłaczanie z gotowaniem jest szeroko stosowane w przemyśle spożywczym, szczególnie w produkcji pożywienia dla zwierząt, przekąsek i zbożowych płatków śniadaniowych. W takich procesach wytłaczania rozpuszczalność produktu końcowego w płynach takich jak woda jest niepożądana, ponieważ jest generalnie ważne, aby produkt końcowy pozostawał w postaci skupionych cząsteczek i był kruchy w obecności płynu. Taki proces prowadzi do wyprodukowania mieszaniny żelatynizowanych granulek (możliwych do strawienia, ale nierozpuszczal169 901 nych) oraz rozproszonych i fragmentarycznych cząstek skrobi (rozpuszczalnych i możliwych do strawienia), jak podają M.H.Gomez i J.M.Aguilera w J.Food Sci. (1984) 49,40-43. Występuje lo także w przypadku srodkow wiążących gdzie 'wysoka rozpuszczalność jest szkodliwa (patrz opis patentowy St. Zjedn. Am. nr 3 159 505). Jest również ważne aby końcowy produkt nie był lepki lub miękki w wilgotnym powietrzu, co jest problemem związanym z higroskopijnoŚcią powstałego produktu.

Wytłaczanie z gotowaniem było również stosowane w wytwarzaniu żelatynizowanych mączek typuinstant (jak np. ujawniono w brytyjskim opisie patentowym 919 906) oraz skrobi, które mają właściwości pęcznienia w zimnej wodzie. W takich produktach granularna budowa pierwotnej skrobi pozostaje w większości niezmieniona w celu zapewnienia tych właściwości pęcznienia i zwiększania objętości. Produkt nie jest rzeczywiście rozpuszczalny w wodzie, chociaż termin rozpuszczalny jest w tym kontekście często nieprawidłowo używany w literaturze (patrz np. opis patentowy St. Zjedn. Am. nr 4 465 702). Określenie instant oznacza tylko, że nie jest wymagane gotowanie a nie oznacza, że produkt jest rozpuszczalny w wodzie.

Dla powyższych zastosowań intensywność procesów mechanicznych i rozpuszczanie skrobi związane z procesem wytłaczania powinny być ograniczone. Tym samym mało uwagi poświęcono zastosowaniu wytłaczania z gotowaniem do wytwarzania produktów w których szczególnie pożądana jest bardzo dobra rozpuszczalność.

Francuskie zgłoszenie patentowe nr 2 268 473 (Institut National de la Recherce Agronomique) ujawnia możliwość wytłaczania skrobi ziemniaczanej przy małych obrotach ślimaka, wysokiej temperaturze i przy umiarkowanej zawartości wilgoci, aby otrzymać zwiększoną rozpuszczalność. Zasadniczą cechą tego znanego procesu jest to, że do wytłaczarki jest dostarczane dodatkowe ciepło. Poza tym, ta publikacja nie przedstawia sposobu produkcji napoju spożywczego z wyciśniętego materiału, ani nie ujawnia zastosowania wytłaczania z gotowaniem do wytwarzania napoju spożywczego z innych surowców, takich jak mączki zbożowe. Ze skrobi zbożowych przerabianych sposobem podanym przez tych autorów otrzymywano produkt o rozpuszczalności nie większej niż 50% wagowych bez znaczniejszej degradacji strukturalnej. Ta sama publikacja ujawnia sposób wytwarzania za pomocą tego procesu nowych składników. Takie składniki charakteryzują się rozpuszczalnością w 80% etanolu i stopniem polimeryzacji pomiędzy 1 a 14. Niekorzystną cechą tych produktów jest ich higroskopijność powodująca konieczność zamykania w opakowaniach zabezpieczających przed wilgocią.

Niniejszy wynalazek oparty jest na odkryciu, że możliwe jest wprowadzenie znacznych ulepszeń w wytwarzaniu napojów spożywczych przy użyciu techniki wyciskania w celu poddania wsadowego materiału intensywnemu mechanicznemu rozrywaniu i cięciu przy dużych obrotach ślimaka. Tak dzieje się przy użyciu wielokrotnych, kolejnych sekcji w których zachodzi cięcie. Szczególnie, skrobia obecna w dostarczonym materiale staje się całkowicie rozpuszczalna przez intensywne działanie rozpraszające i intensywne mechaniczne cięcia przy dużych obrotach ślimaka.

Stwierdzono także, że przez racjonalne użycie wytłaczarki ślimakowej i parametrów wyciskania w celu zmaksymalizowania rozproszenia i rozdrobnienia możliwe jest wytwarzanie nowego produktu, który posiada pożądane właściwości: wysoką rozpuszczalność w płynach (szczególnie w wodzie), niską lepkość, łagodny smak i odpowiednią konsystencję. Taka konsystencja jest zwykle związana z obecnością dekstryn o wysokim stopniu polimeryzacji (tj. o stopniu polimeryzacji większym niż 14).

Zgodnie ze sposobem według wynalazku, opisano proces nadawania rozpuszczalności produktowi spożywczemu zawierającemu alfa-glukan. Proces ten polega na przerabianiu materiału zawierającego węglowodan o zawartości wilgoci mniej niż 40% wagowych w wytłaczarce, w warunkach intensywnego mechanicznego rozrywania, tak, że jeżeli węglowodanem jest alfa-glukan, to rozpuszczalny składnik alfa-glukanowy wytłaczanego materiału wykazuje większy niż 1 stosunek ilości alfa-glukanu o stopniu polimeryzacji większym niż 50 do ilości alfa-glukanu o stopniu polimeryzacji mniejszym niż 50. Tym samym rzeczywista rozpuszczalność w wodzie produktu spożywczego po zmieleniu jest większa niż 55% wagowych. Korzystnymi materiałami do wyciskania według wynalazku są produkty spożywcze otrzymywane ze zbóż i innych roślin.

169 901

Korzystnie wytłaczarka jest aparatem ślimakowym z przynajmniej dwiema sekcjami intensywnego ciężaru. W jednym przypadku wytłaczarka jest aparatem dwuślimakowym. Odpowiednio, korzystną dwuślimakową wytłaczarką do stosowania w procesie według wynalazku jest współobracający się aparat z całkowicie zazębiającymi się, samozbierającymi ślimakami. Odpowiednimi do użycia aparatami są urządzenia produkowane przez firmy: APV-Baker (Peterborough, Wielka Brytania); Buhler Uzwil (Szwajcaria), lub Werner i Pfleiderer GmbH (Stuttgart, Niemcy). Może być również stosowany pojedynczy aparat ślimakowy.

Typowa szybkość obrotów ślimaka wynosi 300 do 1000 obrotów/minutę a średnica otworu wyjściowego od 0,5 do 5 mm. Korzystnie wytłaczarka nie posiada płytki formownika i bęben urządzenia pozostaje otwarty.

Odpowiednia temperatura osiągana w trakcie procesu wyciskania mieści się w zakresie 150 - 250°C, korzystnie 190 - 210°C. Korzystnie proces jest prowadzony bez użycia dodatkowego, zewnętrznego źródła ciepła. Temperatura wytwarzania podczas wyciskania jest wskaźnikiem intensywności procesu i odzwierciedla stopień rozpraszania energii. Normalnie ciśnienie osiągane podczas procesu wyciskania wynosi od 689 do 13780 kPa, zwykle 2067 do 10355 kPa.

Należy zauważyć, że intensywność warunków w jakich jest prowadzony proces może być różnicowana aby uzyskać pożądany produkt i zależy między innymi od rodzaju użytej wytłaczarki.

Sposób według wynalazku nie jest zależny od szczególnych cech chemicznych i biologicznych (z enzymatycznymi włącznie) materiału do wyciskania. W szczególności proces nie musi być prowadzony w kwasowych warunkach ani w obecności enzymów.

Sposób według wynalazku obejmuje przerabianie produktów spożywczych zawierających skrobię w wytłaczarce-warniku przy niskiej zawartości wilgotności i w wystarczająco intensywnych warunkach mechanicznego rozrywania dla otrzymania produktu wytłaczania, który jeśli proces jest prowadzony przy nieobecności dodatkowych środków słodzących, ma równoważnik dekstrozy mniejszy niż 8 i po zmieleniu rzeczywistą rozpuszczalność w wodzie większą niż 55% wagowych. Taki produkt różni się od wielu uprzednio wytłaczanych produktów zawierających skrobię, w których ilość rozpuszczonej skrobi zbliża się do 100%. Specjaliści zwrócą uwagę na inne zastosowania procesu niż do napojów spożywczych i produktów wytwarzanych zgodnie ze sposobem według wynalazku.

Ważną korzystną cechą procesu jest oszczędność, ponieważ koszt usunięcia wody przed uzyskaniem odpowiedniego produktu jest zredukowany lub nawet wyeliminowany. Proces jest także prostszy niż znane już sposoby wytwarzania napojów spożywczych i może być wykorzystywany do otrzymywania produktów o nowych i ciekawych smakach.

Szczególnie użyteczną cechą niniejszego wynalazku jest możliwość wytwarzania niesłodkiego produktu wyciskania, który działa jako rozpuszczalny czynnik zwiększający objętość w produkcji napojów aromatyzowanych. Miarą słodkości jest wartość równoważnika dekstrozy (wartość DE). Wartość równoważnika dekstrozy może być na przykład obliczana na podstawie określenia zużycia żelazicyjanku [T.J. Schooch w Methods in Carbohydrate Chemistry, Vol. 4, R.L. Whistler ed., Academic Press Inc., New York, p64 (1964).

Dalszymi korzystnymi cechami procesu są zwiększony zakres rozpuszczalności oraz korzystna lepkość i oszczędność na środkach aromatyzujących.

Specjaliści zauważą, że kształt ślimaka, szybkość jego obrotów, wykonanie formowania lub inne ograniczenia stosowane podczas wytłaczania, szybkość zasilania i zawartość wilgoci zawierającego skrobię produktu spożywczego wprowadzanego do wytłaczarki-podgrzewacza mogą i powinny być tak dobrane aby zapewnić optymalne rozproszenie i rozbicie agregatów skrobi przez rozpraszanie energii mechanicznej przy dużej szybkości cięcia. W takich warunkach skrobia jest równocześnie stapiana a makrocząsteczki rozpraszane uzyskując rozpuszczalność. W dodatku, stopień degradacji makrocząsteczek może być tak daleko posunięty, że otrzymuje się makrodekstryny o średniej do wysokiej masie cząsteczkowej (np. o stopniu polimeryzacji głównie pomiędzy 50 a 50 000). Takie makrodekstryny’ charakteryzują się bardzo dobrą rozpuszczalnością w wodzie, dając roztwory o niskiej lepkości, które zapewniają właściwą konsystencję i smak.

169 901

Sposób według wynalazku obejmuje dodatkową czynność mielenia produktu wytłaczania w zwykły sposób, tak że otrzymuje się sproszkowany napój spożywczy.

Produkt wytłaczania otrzymany sposobem według wynalazku po zmieleniu ma rzeczywistą rozpuszczalność w wodzie większą niż 55% wagowych, korzystnie większą niż 70% wagowych a typowo 80% wagowych lub więcej. Powyższa wartość rzeczywistej rozpuszczalności’ jest otrzymywana po delikatnym rozproszeniu materiału w wodzie, odwirowaniu i analizie rozpuszczalnego materiału w supernatancie po wysuszeniu. Inaczej niż dotychczasowe oznaczenia rozpuszczalności w wodzie (patrz na przykład opis patentowy St.Zjedn.Am. nr 4 465 702) ta metoda oznaczania rozpuszczalności nie obejmuje czynności mieszania z dużą szybkością, co powoduje dalsze rozrywanie napęczniałych struktur granularnych i sztucznie zwiększa rozpuszczalność. Uważa się że metoda opisana powyżej podaje dokładniejsze określenie rzeczywistej rozpuszczalności.

Roztwór wodny normalnie ma niską lepkość, korzystnie poniżej 100 mPas, jeszcze korzystniej poniżej 5 mPas w temperaturze 70°C dla roztworu 6% wagowych.

Korzystnie w zakres sposobu według wynalazku wchodzi pomoc procesowa. Pomocą procesową mogą być składniki które wpływają na pH, potencjał redukcyjno-utleniający, aktywność enzymatyczną, wiązanie wodorowe i/lub inne cechy otoczenia lub stosunki międzycząsteczkowe wewnątrz wytłaczarki. Pomoc procesowa może zawierać jeden lub kilka przeciwutleniaczy (na przykład kwas askorbinowy, palmitynian askorbylu i tokoferole), dwutlenek siarki, sole metali, kwasy, zasady i środki powierzchniowo czynne takie jak lecytyna i plastyfikatory skrobiowe np. chlorek wapnia. Korzystną pomocą procesową jest kwas fosforowy. Mogą być też używane inne kwasy takie jak kwas cytrynowy. Korzystnie może być stosowany kwas cytrynowy ponieważ wykazuje on zwiększoną zdolność sekwestrowania.

Zastosowanie kwasów do rozrzedzania kwasem w procesie wytłaczania opisali R.Kervinen, T.Suortti, J.Olkku i P. Linko w Lebensmittelwissenschaft und Technologie (1985) 18,52-59 oraz J.M.Faubion, R.C.Hoseney i P.A.Seib w Cereal Foods World (1982) 27 (5), 212-216.

Niniejszy sposób wyróżnia się tym, że opisywane powyżej korzystne aspekty wynalazku mogą być uzyskiwane bez obecności kwasu, kwasy zaś takie jak kwas cytrynowy lub kwas fosforowy mogą być stosowane aby zapobiegać przypalaniu, które inaczej może się zdarzać w warunkach gwałtownego mechanicznego cięcia. Te kwasy mogą również być stosowane do sekwestrowania wielowartościowych kationów, które w innym przypadku mają skłonność do zachowywania się jak katalizatory utleniania.

Odpowiednie techniki analizowania produktu wytłaczania są znane specjalistom. Jest to na przykład chromatografia metodą filtracji na żelu (GPC). Generalnie, może być stosowany każdy odpowiedni system chromatograficzny (np. GPC w środowisku wodnym lub przy użyciu innych odpowiednich żeli polimetyloakrylanowych pęczniejących w wodzie) w połączeniu z odpowiednim systemem detekcji. Odpowiedni system analityczny i metoda postępowania jest opisana w przykładach poniżej. Chromatografia metodą filtracji na żelu w połączeniu z pomiarami niskokątowego rozpraszania światła może być również stosowana do szczegółowego charakteryzowania wielkości cząstek rozpuszczalnej frakcji produktu wytłaczania. Może również być stosowane analityczne ultrawirowame dla oznaczenia masy cząsteczkowej produktu wytłaczania. Inne odpowiednie techniki opisali w S.E.Harding i wsp. (1991) w Advances in Carbohydrate Analysis, 1, 63-144.

Rozpuszczalna frakcja produktu wytłaczania wytwarzanego sposobem według wynalazku ma, jak to można wykazać za pomocą chromatografii rozdzielającej cząstki o rożnych wielkościach, wielkości cząstek od pośrednich do dużych, to znaczy pomiędzy żelatynizowaną skrobią a enzymatycznie hydrolizowaną skrobią.

Stwierdzono, że w typowych warunkach wytłaczania stosunek rozpuszczalnego alfa-glukanu o stopniu polimeryzacji (D.P.) większym niż 50 do tego o DP mniejszym niż 50 (dalej nazywany Kaso) jest zawsze większy niż 1. Ten sam stosunek w przypadku enzymatycznie zdegradowanych lub dekstrynizowanych kwasem skrobi jest mniejszy niż 1.

Ten stosunek Kas) jest więc charakterystyczny dla wytłaczanych makrodekstryn.

Jedną z korzystnych cech niniejszego wynalazku jest fakt, że średnie rozmiary cząsteczkowe makrodekstry są takie, że są one całkowicie możliwe do strawienia. Jest to w zgodzie z

169 901 obecnymi ogólnymi zaleceniami zdrowotnymi dotyczącymi zmiany diety na zawierającą bardziej złożone węglowodany. Następną korzyścią jest, że takie makrodekstryny nie są higroskopijne, jest więc mniej prawdopodobne występowanie problemów z ich przechowywaniem. Problemy takie mogą występować w przypadku dekstryn o mniejszej masie cząsteczkowej, takich jak wytwarzane przy udziale enzymatycznej lub kwasowej degradacji.

Do odpowiednich materiałów spożywczych zawierających skrobię/alfa-glukan o niskiej zawartości wilgoci, do stosowania w sposobie według wynalazku, należą dowolne mąki ze zboża, bulw lub roślin strączkowych lub ich skrobie.

Korzystnie materiały spożywcze zawierające skrobię poddawane są działaniu pary wodnej lub innym procesom (na przykład żelatynizacji) zarówno przed jak i po wytłaczaniu. Działanie parą wodną stosuje się w celu unieczynnienia enzymów niszczących lipidy, sprzyjających jełczeniu. Korzystnie można również stosować przed i po wyciskaniu dodatki do poddawanych lub nie poddawanych dodatkowym zabiegom materiałów spożywczych.

Niespodziewanie stwierdzono, że sposób według wynalazku może dostarczyć składnika napoju spożywczego o pożądanych właściwościach, szczególnie dobrej rozpuszczalności w wodzie z produktów takich jak mąka pszenna, która dotychczas była uważana za trudno rozpuszczalną lub trudno się degradującą za pomocą wyciskania.

Sposób nadawania rozpuszczalności produktowi spożywczemu zawierającemu alfa-glukan poprzez wytłaczanie, który to produkt ma po zmieleniu rozpuszczalność rzeczywistą w wodzie wynoszącą powyżej 55% wagowych i po wytłoczeniu produkt ma stosunek ilości składnika alfa-glukanowego o stopniu polimeryzacji powyżej 50 do ilości tego składnika o stopniu polimeryzacji poniżej 50 większy niż 1, znamienny tym, że substancję wyjściową zawierającą węglowodany i mającą wilgotność poniżej 40% wagowych, poddaje się procesowi silnego mechanicznego rozrywania przy prędkości obrotów ślimaka wytłaczarki od 300 do 1000 obrotów/minutę.

Korzystnie stosuje się wytłaczarkę ślimakową, która ma co najmniej dwie sekcje wysokotnące, a zwłaszcza wytłaczarkę, która posiada dwa ślimaki.

Proces silnego mechanicznego rozrywania prowadzi się w warunkach kwaśnych, korzystnie do wytłaczarki wprowadza się kwas cytrynowy.

Według wynalazku proces silnego mechanicznego rozrywania prowadzi się na wytłaczarce z otwartym bębnem.

Sposób według wynalazku prowadzi się w temperaturze mieszczącej się w zakresie 150-250°C.

Korzystnie proces prowadzi się na drodze wytłaczania samorzutnego. Jako substancję wyjściową zawierającą alfa-glukan stosuje się mąkę lub skrobię za zboża, korzeni lub roślin strączkowych.

Korzystnie materiałem spożywczym zawierającym skrobię jest mąka zbożowa (na przykład pszenna lub jęczmienna). Jeśli stosowane są mąki zbożowe korzystnie nie zawierają one otrębów, które zostają usunięte w zwykłym procesie mielenia.

Sposób według wynalazku stosuje się do wytwarzania w szczególności składnika napojów spożywczych zasadniczo pochodzącego z mąki zbożowej i otrzymywanego w wyniku procesu wyciskania. Składnik ten ma rzeczywistą rozpuszczalność w wodzie po zmieleniu większą niż 55% wagowych.

Używany tu termin niska zawartość wilgotności oznacza, że od 0 do 40% wagowych artykułu spożywczego zawierającego skrobię to woda, korzystnie 15 do 20% wagowych. Idealna zawartość wilgoci jest taka, przy której produkt wyciskania nie wymaga suszenia przed i po mieleniu.

Korzystnie składnik napoju spożywczego wytwarzany w sposób według wynalazku jest aromatyczny. Osiąga się to zwykle przez dodanie artykułów spożywczych o naturalnym smaku takim jak kakao i/lub dodatki smakowe. Smak może powstać w trakcie procesu według wynalazku w wyniku dodania jednej lub więcej substancji wzmacniającej aromat, na przykład cukrów, aminokwasów, protein i tłuszczów. Materiał spożywczy zawierający skrobię może być też wstępnie aromatyzowanym produktem wyjściowym, który jest ewentualnie wytłaczany w obecności substancji wzmacniającej aromat, jak opisano powyżej.

169 901

Wstępnie aromatyzowany produkt wyjściowy może również zawierać słodowaną mąkę zbożową, tak że otrzymuje się słodowany napój spożywczy korzystnie w postaci proszku. Należy zauważyć, że dalsze składniki mogą ewentualnie być dodawane w procesie według wynalazku lub do końcowego produktu, np. mogą to być środki słodzące, dodatkowe substancje włókniste, białka, tłuszcze, witaminy i substancje mineralne. Tłuszcze lub białka stosowane w sposobie według wynalazku dla celów spożywczych, wzmocnienia aromatu i nadania odpowiedniej konsystencji, mogą być takie, jakie stosuje się w zwykłych procesach. Mogą to być produkty pochodzące z mleka, jajek lub źródeł roślinnych. Składniki tracące wartość odżywczą podczas gotowania w wysokiej temperaturze są dodawane w późnym stadium wytłaczania lub mieszania na sucho z wytłoczonym produktem.

Wynalazek jest ilustrowany poniżej przedstawionymi przykładami i załączonymi schematycznymi (bez zachowania skali) rysunkami na fig. 1 -4. Fig. 5 i 6 przedstawia chromatogramy próbek produktu.

Na fig. 1 pokazano przekrój bębna 1 wytłaczarki-podgrzewacza wyposażonej we wlot 2 dla wsadu stałego i wlot 3 dla wsadu ciekłego. Centralny ślimak (nie zakreskowany dla jasności obrazu) składa się z szeregu różnych elementów zamontowanych współosiowo na sześciokątnym napędowym wale 10 i zabezpieczonych na końcu śrubowym kołpakiem 9. Ślimak zawiera elementy 4 przesuwające do przodu i elementy 5 redukujące skok ślimaka, oraz szereg wysokotnących roboczych sekcji 6 składających się z łopatek ugniatających przesuwających do tyłu (patrz. fig. 3a i b), zamontowanych wzajemnie do siebie pod kątem 60°. Podczas pracy stały wsad jest wprowadzany przez wlot 2, a ekspandowany produkt jest wytłaczany przez ograniczającą płytę formownika wytłaczarki i otwór 8.

Na fig. 2 pokazano podobne urządzenie, różniące się tylko tym, że jest tam wysokotnąca robocza sekcja 7 składająca się z na przemian podających do tyłu i podających do przodu elementów ślimaka (patrz fig. 4) zamiast ugniatających płyt 6 oraz formownika wytłaczarki i otworu 8.

W korzystnym procesie prowadzenia sposobu według wynalazku, woda jest pompowana do wytłaczarki przez wlot 3 dla wsadu ciekłego w ilości wystarczającej do zwiększania zawartości wilgoci wsadu do 18% (w stosunku do mokrego wsadu) przy prędkości podawania stałego wsadu wynoszącej 150 kg/godzinę. Obroty ślimaka są utrzymywane na poziomie 450 obrotów/minutę i wsad jest wytłaczany samorzutnie (to znaczy bez doprowadzenia zewnętrznego ciepła) przez dwa cylindryczne formowniki o średnicy 2 mm i długości 4 mm. Produkt wychodzący z formowników rozpręża się dzięki odparowywaniu wody tworząc cienkie sznureczki, które są cięte na pastylki o odpowiedniej dla dalszego przerobu wielkości przez ostrza tnące znajdujące się z przodu formowników i otworu 8.

Przedmiot wynalazku jest zilustrowany podanymi niżej przykładami.

Przykład 1. Sproszkowaną podstawę dla napoju spożywczego sporządzono w następujący sposób. Handlową próbkę słodowanej pszenicy rozdrabniano w młynku walcowym otrzymując pszenną mąkę słodową charakteryzującą się około 80% ekstrakcji. Pszenną mąkę słodową mieszano z innymi składnikami w następujących proporcjach.

Mąka na biszkopty (72% ekstrakcji) 86,7%

Pszenna mąka słodowa 5,0%

Sproszkowane mleko chude 7,5%

Kwas cytrynowy 0,75%

Kwas askorbinowy 0,05%

Mieszankę odmierzano do strefy zasilania dwuślimakowej wytłaczarki MPF50MK2 firmy APV (poprzednio Baker-Perkins) zestawionej jak pokazano schematycznie na fig 1 (bez zachowania skali). Podczas typowego, samorzutnego wytłaczania zachowywano następujące warunki dla stanu stałego:

ciśnienie na foimowniku 2893,8· I0³Pa

Temperatura na formowniku 194°C

Pobór energii mechanicznej 0),1214 kW⁷h/kg

Zawartość wilgoci w pastylkach zmniejszano do 7-8% za pomocą odparowywania wody przez rozprężanie i następnie ochłodzenie. Zawartość wody można dalej zmniejszyć do około

169 901

5% za pomocą suszenia w temperaturze 75-80°C w suszarce ze złożem fluidalnym. Suche, ekspandowane pastylki miele się do wielkości cząstek poniżej 200 mikronów. Otrzymany proszek jest podstawą dla wytwarzania napoju słodowanego o przyjemnym smaku i niskim ciężarze nasypowym (0,1 g/ml) oraz doskonałych właściwościach funkcyjnych.

Rzeczywista rozpuszczalność w wodzie 80% w temp. 30°C

Lepkość 6% roztworu 4 mPas w temp. 70°C

Przykład 2. Słodowany napój spożywczy w proszku sporządzano w następujący sposób.

Mieszankę zawierającą pszenną mąkę słodową, mąkę pszenną na biszkopty (72% ekstrakcji), sproszkowane mleko chude i kwas askorbinowy wytwarzano tak jak to opisano w przykładzie 1, z tą tylko różnicą, że kwas cytrynowy zastąpiono kwasem fosforowym, który wprowadzano przez wlot zasilający dla cieczy.

Mieszankę odmierzano do strefy zasilania dwuślimakowej wytłaczarki Buhler DNDG62 zestawionej jak pokazano schematycznie na fig. 2 (bez zachowania skali).

Roztwór kwasu fosforowego w wodzie pompowano do wytłaczarki przez wlot 3 dla cieczy w taki sposób aby uzyskiwać poziom kwasu fosforowego wynoszący 0,75% i całkowitą zawartość wilgoci 19% przy podawaniu składników stałych w ilości 245 kg/godzinę. Szybkość obrotów ślimaka wynosiła 450 obrotów/minutę i wsad był wytłaczany samorzutnie. Po przejściu przez ostatnią sekcję intensywnego cięcia wsad ulegał rozprężeniu na skutek odparowywania wilgoci i następnie był prasowany przez elementy śrubowe. Towarzyszyło temu efektywne oddzielanie pary od produktu. Produkt wychodził łagodnie z podstawy otworu bębna w dostatecznie porozrywanych segmentach o kształcie podobnym do elementów ślimaka. Para wychodziła w górnej części otworu korpusu i była wypuszczana do atmosfery. Nie było potrzebne żadne urządzenie tnące.

Podczas samorzutnego wytłaczania zachowywano następujące warunki dla stanu stałego:

Maksymalna temperatura 188^OC

Maksymalne ciśnienie 1378-1O³Pa

Pobór energii mechanicznej 0,145 kWh/kg.

Zawartość wody w produkcie zmniejszono do 5-6% za pomocą odparowywania przez rozprężanie i następnie ochłodzenie. Produkt następnie mielono i otrzymano proszek o wielkości cząstek poniżej 200 mikronów i następujących właściwościach funkcyjnych:

Rzeczywista rozpuszczalność w wodzie 78% w temp. 30°C

Lepkość 6% roztworu 3 mPas w temp. 70°C

Ciężar nasypowy 0,7 g/ml

Proszek mieszano następnie z cukrem, mlekiem w proszku i substancjami mineralnymi w następujących proporcjach:

Sproszkowany wytłoczony produkt 72,5%

Cukier (sacharoza) 24,0%

Mleko chude w proszku 2,0%

Chlorek sodowy 0,85%

Wodorowęglan potasowy 0,64%.

Powyższą mieszankę można mieszać z wodą lub mlekiem i otrzymywać słodowany napój spożywczy o przyjemnym smaku i konsystencji kremu.

Przykład 3. Czekoladowo-słodowy napój spożywczy w proszku wytwarzano sposobem opisanym w przykładzie 2, w tym, że stały wsad do wytłaczarki miał następujący skład:

Mąka na biszkopty (72% ekstrakcji) 72,5%

Pszenna mąka słodowa 7,5%

Kakao 20,0%

Roztwór kwasu fosforowego w wodzie pompowano do wytłaczarki przez wlot 3 ciekłego wsadu w ilości takiej, aby uzyskać jego poziom wynoszący 0,75% i całkowitą zawartość wilgoci 19% przy podawaniu stałego wsadu w ilości 245 kg/godzinę.

169 901

Wsad był wytłaczany samorzutnie jak opisano w przykładzie 2, a następnie chłodzony i mielony. Otrzymano drobny proszek o następujących właściwościach.

Rzeczywista rozpuszczalność w wodzie 74% w temp. 30°C

Lepkość 6% roztworu 4·,5 mPas w temp. 70°C

Ciężar nasypowy 0,5 g/ml

Proszek mieszano następnie z innymi składnikami w następujących proporcjach. Sproszkowany wytłoczony produkt 30,0%

Pszenna mąka słodowa 10,0%

Cukier 38,0%

Mleko chude w proszku 15,0%

Kakao 7,0%

Powyższą mieszankę mieszano z wodą lub mlekiem i otrzymywano czekoladowo-słodowy napój spożywczy o przyjemnym smaku.

Przykład 4. Kawowo-słodowy napój spożywczy w proszku wytwarzano sposobem opisanym w przykładzie 3, z tym tylko, że stały wsad do wytłaczarki miał następujący skład:

Mąka na biszkopty (72% ekstrakcji) 85,5%

Pszenna mąka słodowa 7,5^%o

Kawa 7%

Mieszankę wyciskano i mielono jak w przykładzie 3 i następnie mieszano na sucho z innymi składnikami wymienionymi poniżej.

Sproszkowany wytłaczany produkt 50%

Cukier 29,1%

Półrozpuszczalne mleko chude w proszku 20%

Chlorek sodowy 0,5%

Wodorowęglan potasowy

Powyższą mieszankę mieszano z wodą lub mlekiem i otrzymywano słodowy napój spożywczy o aromacie kawowym.

Przykład 5. Słodowy napój spożywczy wytwarzano sposobem opisanym w przykładzie

2, z tym tylko, że ilość wysokotnących sekcji roboczych zmniejszono do dwóch. Wsad do wytłaczarki miał następujący skład:

Skrobia tapiokowa 90%

Pszenna mąka słodowa 5%

Cukier 5%

Mieszankę zwilżano rozpylaniem wody podczas mieszania. Wodę pompowano do wytłaczarki w ilości wystarczającej do uzyskania całkowitej zawartości wilgoci 19% przy podawaniu stałego wsadu w ilości 100 kg/godzinę.

Podczas samorzutnego wytłaczania obserwowano dla stanu stałego następujące warunki: Maksymalna temperatura 148°C

Mechaniczna energia właściwa 0,158 kWh/kg

Wytłoczony produkt ochłodzono i zmielono, otrzymując drobny proszek o następujących właściwościach:

Rzeczywista rozpuszczalność w wodzie 88%

Lepkość 6% roztworu 6,7% mPas

Ka50 32.

Proszek mieszano z innymi składnikami w następujących proporcjach:

Sproszkowany wytłaczany produkt 411 %

Pszenna mąka słodowa 18%

Cukier 17,5%

Mleko chude w proszku 12,5%

Serwatka w proszku 8%

Substancje mineralne/aromatyzujące 3%

Otrzymaną mieszankę mieszano z wodą lub mlekiem i otrzymywano doskonały słodowany napój spożywczy o gładkiej, kremowej strukturze. Końcowa sproszkowana mieszanka miała wartość K_a50 wynoszącą 13.

169 901

Przykład 6. Wytłaczane produkty analizowano stosując następujące postępowanie. Suchą próbkę w ilości 1g umieszczano w 100 ml wrzącej destylowanej wody i mieszano łagodnie w ciągu 10 minut. Stały materiał oddzielono za pomocą sączenia (bibuła filtracyjna Whaiman GFF, Whatman Ltd, Maidstone, Kent) albo odwirowania. Roztwór poddano chromatografii metodą filtracji na żelu stosując układ wyposażony w cztery kolumny, składający się z kolumny wstępnej i trzech kolumn rozdzielających Waters (Milipore Waters, Wielka Brytania), załadowanych preparatem Ultrahydrogel (wodny GPC): kolumna 1 - Waters 1000, kolumna 2 Waters 500 i kolumna 3 - Waters 250. Wszystkie kolumny miały 300 mm długości. Do detekcji stosowano refraktometr Waters 410. Analizę pików wykonywano stosując oprogramowanie Waters 810 z opcją GPC.

Układ kalibrowano stosując standardy kalibracyjne o ciężarach cząsteczkowych od 738 do 853 009 (np. standardy Pullulan otrzymane z Polymer Labs), które rozpuszczano w 0,1 M roztworze bromku litowego w wodzie. Próbki po 150 μl eluowano 0,1M roztworem bromku litowego w wodzie. Stosowano izokratyczny przepływ rozpuszczalnika 0,8 ml/minutę.

Otrzymywane chromatogramy analizowano i obliczono powierzchnię pod krzywą za pomocą automatycznego systemu integracji komputerowej, w celu oznaczenia ilości materiału o określonej wielkości cząstek.

Na fig. 5 i 6 pokazano chromatogramy próbek. Fig. 5 przedstawia handlową próbkę hydrolizowanych enzymatycznie dekstryn ziemniaczanych, a fig. 6 wytłaczany napój słodowy (zbożowy). Wielkość cząstek była zależna od stopnia polimeryzacji, przyjmując, że 8000 daltonów odpowiada stopniowi polimeryzacji 50. Oznaczono stosunek ilości rozpuszczalnego materiału o stopniu polimeryzacji większym niż 50 do ilości materiału o stopniu polimeryzacji mniejszym niż 50.

Wyniki dla analizowanych w ten sposób próbek podano w poniższej tabeli 1.

Tabela 1

Próbka	K α50
Hydrohzowana enzymatycznie dekstryna ziemniaczana	0,026
Hydrolizowany enzymem napój słodowy	0,11
Wytłaczana podstawa zbożowa	6,69
Wytłaczany napój słodowy	3,54

169 901

Fig.3(a)

Fig.t

169 901

Odpowiedź Detektora

Fig.5

Powierzchnia kumulatywna

169 901

Powierzchnia kumulatywna

169 901

4 2 3 1 5 6 4 9

Fig.1

Fig.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób nadawania rozpuszczalności produktowi spożywczemu zawierającemu alfa-glukan poprzez wytłaczanie, który to produkt ma po zmieleniu rozpuszczalność rzeczywistą w wodzie wynoszącą powyżej 55% wagowych i po wytłoczeniu produkt ma stosunek ilości składnika alfa-glukanowego o stopniu polimeryzacji powyżej 50 do ilości tego składnika o stopniu polimeryzacji poniżej 50 większy niż 1, znamienny tym, że substancję wyjściową zawierającą węglowodany i mającą wilgotność poniżej 40% wagowych poddaje się procesowi silnego mechanicznego rozrywania, przy prędkości obrotów ślimaka wytłaczarki od 300 do 1000 obrotów/minutę, przy czym proces wytłaczania prowadzi się w temperaturze mieszczącej się w zakresie 150-250°C.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wytłaczarkę ślimakową, która ma co najmniej dwie sekcje wysokotnące.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się wytłaczarkę, która posiada dwa ślimaki.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że proces silnego mechanicznego rozrywania prowadzi się w warunkach kwaśnych.
5. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że proces silnego mechanicznego rozrywania prowadzi się w wytłaczarce z otwartym bębnem.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wytłaczanie prowadzi się w obecności kwasu cytrynowego.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako substancję wyjściową zawierającą alfa-glukan stosuje się mąką lub skrobią ze zboża, bulw, korzeni lub roślin strączkowych.