PL245542B1 - Kostka lodu powlekana oraz sposób wytwarzania kostek lodu powlekanych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest kostka lodu powleczona, obejmująca rdzeń oraz powłokę funkcjonalną, przy czym rdzeń zawiera zamrożoną wodę, a powłoka zawiera zamrożony wodny roztwór, korzystnie o temperaturze zamarzania zbliżonej do temperatury krystalizacji rdzenia, charakteryzująca się tym, że powłoka funkcjonalna naniesiona jest na powierzchnię rdzenia i stanowi nie więcej niż 10% wagowych powleczonej kostki. Przedmiotem zgłoszenia jest także przedstawiony na rysunku sposób wytwarzania kostek lodu powlekanych, obejmujących rdzeń oraz powłokę funkcjonalną, przy czym rdzeń zawiera zamrożoną wodę, a powłoka zawiera zamrożony wodny roztwór, charakteryzujący się tym, że obejmuje etap wytworzenia rdzeni i następujący po nim etap naniesienia powłoki funkcjonalnej na rdzenie, przy czym etap nanoszenia powłoki funkcjonalnej polega na skontaktowaniu poruszających się rdzeni z płynnym roztworem wodnym powłoki.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kostka lodu powlekana oraz sposób wytwarzania kostek lodu powlekanych.

Z publikacji patentu US5958481 znany jest proces wytwarzania kostek lodu posiadających powłokę składającą się z barwnika spożywczego, kwasu cytrynowego oraz soku cytrusowego. Proces prowadzi się z zastosowaniem form. W pierwszym etapie procesu wytwarza się w foremkach kostki lodu, po czym, w następnym etapie, w większych foremkach uzyskuje się spód powłoki poprzez zamrożenie cienkiej warstwy roztworu wlanej uprzednio do foremki o gabarytach większych niż utworzonej wcześniej kostki lodu. W kolejnym etapie zwilża się wierzch warstwy spodniej i nakłada się na nią otrzymaną wcześniej kostkę lodu a następnie w kolejnym etapie, całość (tj. połączoną kostkę lodu ze spodnią otoczką) uzupełnia się roztworem powłoki, tak aby z wszystkich stron kostka lodu była otoczona roztworem powłoki, a następnie mrozi się całość do uzyskania kostki lodu z barwioną i smakową zamrożoną powłoczką otaczającą całość rdzeni kostek. Proces prowadzi się z zastosowaniem foremek, mniejszych dla wytworzenia kostek lodu a następnie większych gabarytowo (odpowiednio większych dla każdego wymiaru kostki) dla wytworzenia warstwy dolnej, łączenia jej z kostką oraz uzupełnienia pozostałych boków kostki o powłokę. Otrzymane tym sposobem kostki przeznaczone są do umieszczania w napoju, w którym się rozpuszczają.

W publikacji WO2013191534 ujawniono proces wytworzenia kostek lodu zawierających górną i dolną barwną powłoczkę składającą się z barwnika oraz składnika energetycznego jak kofeina i składnik regulujący pH. W procesie produkt fin alny wytwarzany jest w formach i w wyniku stopniowego dodawania kolejnych faz produktu, warstwa po warstwie, i kolejno zamrażanych lub stosując koekstruzję na zimno. Kostki lodu otrzymane w tym procesie nie posiadają powłoki na powierzchni bocznej kostek lodu.

Z kolei w publikacji zgłoszenia międzynarodowego WO2014174314 ujawniono proces produkcji kostek lodu z wewnętrznym rdzeniem zawierającym składnik aktywny - pobudzający jak guarana, kofeina, żeń-szeń, alkohol, łagodzący jak sok aloesowy lub składnik wywołujący efekt sensoryczny jak agar oraz powłoką zewnętrzną pokrywającą całkowicie lub częściowo rdzeń zawierającą czystą zamrożoną wodę lub roztwór wodny rozpuszczonego w niej składnika. Proces obejmuje wytworzenie kostek lodu, następnie wytopienie wgłębienia w centralnej części kostki lodu, które następnie zostaje wypełnione zawartością składnika aktywnego. Następnie formuje się pozostałą górną część produktu poprzez zamknięcie rdzenia. Z racji budowy opisanych kostek lodu, proces uwolnienia substancji ak tywnych z tych rdzeni rozpoczyna się po całkowitym stopieniu co najmniej fragmentu powłoki. Powłoka kostek rozpuszcza się w czasie 10 minut, a korzystnie 5 minut.

Powszechnie w przemysłowej produkcji lodu stosuje się procesy wytworzenia gotowych do pakowania i transportu kostek lodu, jako takich, w których:

- najpierw mrozi się wodę do postaci kostek lodu, poprzez wytworzenie w kostkarkach, w których woda jest zamrażana w foremkach o różnych kształtach lub też poprzez wytworzenie kostek lodu w maszynach do produkcji kostek lodu,

- wytworzone kostki lodu o odpowiednich gabarytach kalibruje się przez przepuszczanie przez sito obrotowe, w celu pozbycia się miału powstałego w skutek obróbki (cięcia, transportu) kostek,

- po czym, opcjonalnie dodatkowo zmraża się kostki lodu,

- a następnie, opcjonalnie, kostki lodu kalibruje/odszrania się, zazwyczaj w sicie obrotowym.

Istnieje potrzeba opracowania kostek lodu, których budowa pozwoliłaby na szybsze uwolnienie do napoju składnika lub składników kostki, bez konieczności rozpuszczenia całej kostki i niepotrzebnego rozwadniania napoju. Istnieje również potrzeba opracowania prostego, łatwego i szybkiego procesu wytwarzania kostek lodu, które uwalniałyby do napoju zawarty w sobie składnik lub zawarte w sobie składniki w stosunkowo krótkim czasie. Istnieje również potrzeba opracowania procesu, który można by zastosować z użyciem znanych dotychczas procesów i urządzeń.

Przedmiotem wynalazku jest kostka lodu powleczona, obejmująca rdzeń oraz powłokę, przy czym rdzeń stanowi zamrożona woda, a powłokę stanowi zamrożony wodny roztwór co najmniej jednego składnika bioaktywnego wybranego z grupy obejmującej witaminy, składniki mineralne, substancje energetyzujące, substancje słodzące, prebiotyki, regulatory kwasowości, przeciwutleniacze, soki owo cowe, barwniki i/lub aromaty, charakteryzująca się tym, że powłoka naniesiona jest na całą powierzchnię rdzenia i stanowi nie więcej niż 10% wagowych powleczonej kostki, przy czym grubość powłoki wynosi od 0,1 mm do 0,5 mm.

Korzystnie grubość powłoki wynosi od 0,2 mm do 0,25 mm, korzystnie 0,25 mm.

Korzystnie powłokę stanowi zamrożony wodny roztwór o temperaturze zamarzania zbliżonej do temperatury krystalizacji rdzenia.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania kostek lodu powleczonych, charakteryzujący się tym, że obejmuje etapy filtracji wody do osiągnięcia wody osmotycznej o przewodności poniżej 30 umS/cm, zawartości osadu suchego poniżej 100 ppm oraz pH w zakresie 6,5-7,5; dezynfekcji wody promieniowaniem UV; zamrożenia wody rdzeni w postaci rurek o średnicy D35 mm/d5 mm; cięcia rurek rdzeni na kostki lodu o długości 20-40 mm; kalibracji kostek lodu rdzeni poprzez przepuszczenie przez sito obrotowe; zmrożenia kostek lodu rdzeni do temperatury poniżej -5°C; przygotowania płynnego roztworu wodnego powłoki; nanoszenia powłoki poprzez natrysk płynnego roztworu wodnego powłoki na rdzenie pozostające w ruchu z prędkością podawania roztworu nie większą niż 1,4 l/h w temperaturze 1-5°C.

Korzystnie, natryskiwane rdzenie poddaje się wibracji.

Korzystnie, podczas etapu nanoszenia powłoki różnica temperatur rdzeni i płynu roztworu wodnego powłoki wynosi co najmniej 6°C przy zachowaniu temperatury płynu roztworu powłoki nie wyższej niż 1°C w warunkach normalnego ciśnienia.

Korzystnie, po naniesieniu powłoki utrwala się ją poprzez dodatkowe domrożenie, korzystnie w temperaturze poniżej -5°C.

Korzystnie, przed naniesieniem powłoki, powierzchnię kostek lodu wygładza się, korzystnie do osiągnięcia chropowatości Ra niższej niż 0,5 mm.

Korzystnie, powierzchnię kostek wygładza się poprzez kalibrację lub odszranianie, przykładowo z użyciem sit obrotowych.

Korzystnie, nanosi się powłokę o grubości wynoszącej maksymalnie 0,25 mm w jednym cyklu produkcyjnym.

Korzystnie, proces nanoszenia powłoki powtarza się, do osiągnięcia grubości maksymalnej powłoki nie większej niż 0,5 mm.

W niniejszym zgłoszeniu przez „kostki lodu” rozumie się bryłki lodu o dowolnym, w szczególności niekoniecznie sześciennym kształcie.

Zaletą natychmiastowego uwalniania powłoki jest kontrolow ane przekazywanie substancji odżywczych zachowując przy tym najważniejszą funkcję jakościową kostek lodu jest szybkie schładzanie napojów, w których się je rozpuszcza oraz wzbogacanie tychże napojów w dodatkowe składniki, zwłaszcza bioaktywne składniki w krótkim czasie i bez potrzeby rozpuszczenia całej objętości kostki.

Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnych przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonego rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia przykładowy proces wytwarzania kostek lodu wg wynalazku,

Fig. 2 przedstawia budowę kostki lodu według wynalazku składającą się z rdzenia i powłoki wzbogaconej w składniki, w szczególności bioaktywne.

Przykład 1 - Kostka lodu z powłoką

Kostki lodu mają rdzeń zawierający zamrożoną wodę. Rdzeń otoczony jest powłoką zawierającą co najmniej jeden składnik.

Kostki zbadano celem zaprojektowania składu powłok zawierających składniki bioaktywne. Badania dotyczyły określenia wpływu różnych składników recepturowych oraz zawartości ekstraktu na możliwość nanoszenia powłok z wody z dodatkami na rdzenie kostek lodu.

Do badań użyto kostek, w których:

- Masa powłoki o grubości 0,1 mm wynosiła 4239 gr, co stanowiło 0,99% masy kostki tj.

z powłoką; czyli 1,0% masy rdzenia

- Masa powłoki o grubości 0,2 mm wynosiła 0,848 gr, co stanowiło 1,96% masy kostki tj.

z powłoką; czyli 2,0% masy rdzenia

- Masa powłoki o grubości 0,3 mm wynosiła 1,272 gr, co stanowiło 2,91% masy kostki tj.

z powłoką; czyli 3,0% masy rdzenia

Wymiary modelowej kostki lodu: walec o średnicy zew. 35 mm / średnica wew. 10 mm; L=30 mm

Masa modelowej kostki lodu: 27 g

Powierzchnia modelowej kostki lodu: 42,39 cm²

Temperatura badanej modelowej kostki lodu: -18°C

Wykorzystano wodne roztwory następujących związków:

- glukoza

- sok cytrynowy

- zagęszczone soki owocowe: limetkowy, wiśniowy

- pojedyncze witaminy: wit. C, niacyna

- premix witaminowy (wit. B1, B2, B6, B12, wit. E, kwas foliowy, kwas pantotenowy, niacyna, biotyna, wit. C)

- składniki mineralne: chlorek potasu, chlorek sodu, glukonian cynku, mleczan magnezu, cytrynian magnezu, węglan magnezu, glukonian magnezu

- premiks składników mineralnych (mleczan wapnia, fosforan potasu, węglan magnezu, cytrynian sodu)

- kofeina

- inulina

- oligofruktoza w syropie

- aromaty: miętowy, brzoskwiniowy, gruszkowy

Modelowe napoje (o objętości 250 ml i temperaturze 20°C):

Modelowy napój nr 1: Pojemność 200 ml skład: 100% woda

Modelowy napój nr 2: Pojemność 200 ml skład: 99,9% woda + 0,1% kwas cytrynowy

Modelowy napój nr 3: Pojemność 200 ml skład: 90% woda + 10% cukier

Przeprowadzono następujące badania:

1. Określenie wpływu różnych zawartości ekstraktu roztworu wodnego na stopień wiązania przez kostki lodu

Zdolność wiązania była mierzona poprzez pomiar masy kostki z powłoką w porównaniu do masy tejże kostki przed naniesieniem powłoki. Zdolność do wiązania roztworów wodnych przez kostki lodu była ściśle uzależniona od zawartości ekstraktu w tych roztworach. W oparciu o wykonane liczne próby z zastosowaniem modelowych roztworów glukozy, soków owocowych i zagęszczonych soków owocowych, potwierdzono, że dla glukozy bądź fruktozy (składnik soków naturalnych, wyższa zawartość w zagęszczonych) - im wyższe stężenie użytego składnika w powłoce tym niższa temperatura krystalizacji i mniejsza zdolność wiązania w powłoce w takich samych warunkach. W szczególności:

a. Zdolność wiązania wodnego roztworu glukozy o stężeniu 10% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wyniosła ok. 6-8%. Zawartość glukozy w 100 gramach kostek lodu wyniosła ok. 0,6-0,8 g.

b. Zdolność wiązania wodnego roztworu glukozy o stężeniu 20% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wyniosła ok. 5-7%. Zawartość glukozy w 100 gramach kostek lodu wyniosła ok. 1,2-1,6 g.

c. Zdolność wiązania wodnego roztworu glukozy o stężeniu 30% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 3-5%. Zawartość glukozy w 100 gramach kostek lodu wyniosła ok. 1,1-1,3 g.

d. Zdolność wiązania wodnego roztworu glukozy o stężeniu 40% i temperaturze bliskiej 0°C glukoza nie rozpuszcza się całkowicie (roztwór przesycony).

e. Zdolność wiązania soku z cytryny o ekstrakcie 8% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 5-7%.

f. Zdolność wiązania soku owocowego zagęszczonego (zagęszczonego soku z limetki) o zawartości ekstraktu 40% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 2-4%.

g. Nie udało się uzyskać powłoki utworzonej z zagęszczonego soku z wiśni o zawartości ekstraktu 68% i temperaturze bliskiej 0°C.

Ustalono, że najlepiej wiążą roztwory (mieszanki funkcjonalne) dobrze rozpuszczalne w wodzie o zbliżonej temperaturze krystalizacji do temperatury krystalizacji czystej wody. Ustalono, że w celu zapewnienia najlepszej zdolności wiązania roztworów wodnych przez kostki lodu najbardziej pożądane jest stosowanie wodnych roztworów o ekstrakcie do 10% oraz świeżych soków owocowych. Soki zagęszczone należałoby rozcieńczyć. Przy stosowaniu soków zagęszczonych niższą zawartość suchej masy (ekstraktu) można uzyskać poprzez dodatek wody do uzyskania ekstraktu ok. 10% (4-7 krotne rozcieńczenie). W przypadku zastosowania zagęszczonych soków owocowych o wysokiej zawartości ekstraktu (ok. 70%), na kostkach lodu nie tworzy się powłoka.

2. Określenie wpływu zawartości witaminy C w roztworze wodnym na stopień wiązania roztworu przez kostki lodu

Zbadano wpływ różnej witaminy C w roztworze wodnym na stopień wiązania przez kostki lodu. W oparciu o wykonane próby z zastosowaniem modelowych roztworów wodnych z dodatkiem syntetycznej witaminy C ustalono, że:

a. Zdolność wiązania witaminy C w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 0,8% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 5-7%. Zawartość witaminy C w 100 gramach kostek lodu wynosi ok. 40-60 mg, co stanowi 50-70% RWS (Referencyjna Wartość Spożycia).

b. Zdolność wiązania witaminy C w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 4% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 5-7%. Zawartość witaminy C w 100 gramach kostek lodu wynosi ok. 190-210 mg, co stanowi 240-260% RWS.

c. Zdolność wiązania witaminy C w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 4,8% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki kodu wynosi ok. 5-7%. Zawartość witaminy C w 100 gramach kostek lodu wynosi ok. 230-260 mg, co stanowi 290-325% RWS.

Ustalono, że stężenie witaminy C nie wpływa na zdolność wiązania (różna zawartość witaminy C w nanoszonym roztworze wodnym nie wpływa znacząco na stopień wiązania roztworu przez kostki lodu), w związku z czym witamina ta może być dodawana w znacznej ilości nawet kilkukrotnie przekraczającej zapotrzebowanie na ten składnik. Zawartość w roztworze należy dobierać zgodnie z pożądaną zawartością RWS w końcowym produkcie, dodatkowo ze względu na straty przy wiązaniu roztworu, ilość witaminy C w sokach naturalnych jest niewystarczająca do zapewnienia satysfakcjonującej zawartości RWS w końcowym produkcie, w związku z czym wskazane jest dodawanie bądź używanie wyłącznie syntetycznej witaminy.

3. Badanie możliwości wzbogacania powłoki kostek lodu w witaminy z grupy B (na przykładzie niacyny)

Zbadano wpływ różnej zawartości niacyny w roztworze wodnym na stopień wiązania roztworu przez kostki lodu. W oparciu o wykonane próby z zastosowaniem modelowych roztworów wodnych z dodatkiem syntetycznej niacyny ustalono, że:

a. Zdolność wiązania niacyny w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 0,16% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 2-4%. Zawartość niacyny w 100 gramach kostek lodu wynosi ok. 3-6 mg, co stanowi 20-40% RWS.

b. Zdolność wiązania niacyny w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 0,32% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 2-4%. Zawartość niacyny w 100 gramach kostek lodu wynosi ok. ok. 6-12 mg, co stanowi 40-75% RWS.

c. Zdolność wiązania niacyny w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 0,64% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 2-4%. Zawartość niacyny w 100 gramach kostek lodu wynosi ok. ok. 13-26 mg, co stanowi 80-160% RWS.

Ustalono, że różna zawartość niacyny w roztworze wodnym nie wpływa w znacząco na stopień wiązania roztworu przez kostki lodu.

4. Badanie możliwości uzupełnienia zawartości witaminy C w stosowanych naturalnych sokach dodatkiem syntetycznej witaminy C do pożądanej wartości RWS

Zdolność wiązania soku owocowego (na przykładzie soku z cytryny) o ekstrakcie 8% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 6-8% (ok. 3-4 mg wit. C/100 g kostek lodu, co stanowi ok. 5% RWS). W związku z powyższym istnieje konieczność uzupełnienia zawartości witaminy C poprzez dodatek syntetycznej witaminy C do założonej wartości RWS (np. do 100% RWS - dodatek syntetycznej witaminy C powinien wynosić ok. 75 mg/100 g kostek lodu, czyli w nanoszonym na kostki soku z cytryny powinien być ok. 1% syntetycznej witaminy C).

5. Badanie możliwości wiązania premiksu witaminowego przez kostki lodu

Zbadano możliwości dodatku premiksu witaminowego do roztworu wodnego powłoki oraz stopień wiązania tego roztworu. W oparciu o wykonane liczne próby z zastosowaniem modelowych roztworów wodnych z dodatkiem premiksu witaminowego ustalono, że:

a. Zdolność wiązania premiksu witaminowego w nanoszonym roztworze wodnym na poziomie 50% RWS i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 3-5%.

b. Zdolność wiązania premiksu witaminowego w nanoszonym roztworze wodnym na poziomie 100% RWS i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 3-5%.

c. Zdolność wiązania premiksu witaminowego w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 200% RWS i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 3-5%.

Ustalono, że badana różna zawartość premiksu witaminowego w roztworze wodnym nie wpływa znacząco na stopień wiązania roztworu przez kostki lodu. Wniosek: stężenie premiksu nie wpływa na zdolność wiązania, zawartość w roztworze należy dobierać zgodnie z pożądaną zawartością RWS w końcowym produkcie.

6. Zbadanie możliwości wiązania składników mineralnych przez kostki lodu

Ustalono, że:

a. Zdolność wiązania chlorku sodu o stężeniu 0,5% w nanoszonym roztworze wodnym i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 11-13%.

b. Zdolność wiązania chlorku sodu o stężeniu 2% w nanoszonym roztworze wodnym i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 5-7%.

c. Zdolność wiązania chlorku sodu o stężeniu 5% w nanoszonym roztworze wodnym i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 2-4%.

d. Zdolność wiązania chlorku sodu o stężeniu 10% w nanoszonym roztworze wodnym i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 1%.

Ustalono, że dodatek chlorku sodu znacząco wpływa na temperaturę krystalizacji roztworu w związku z czym nie należy przekraczać 2% koncentracji w roztworze, gdyż większa koncentracja znacząco wpływa na % wiązania.

e. Zdolność wiązania chlorku potasu w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 15% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 0,5%.

f. Zdolność wiązania związków magnezu o stężeniu: 5%, 15%, 30% i temperaturze bliskiej 0°C - wszystkie badane związki magnezu (mleczan magnezu, cytrynian magnezu, węglan magnezu, glukonian magnezu) w roztworze wodnym utworzyły zawiesinę z widocznym białym osadem. Po naniesieniu na kostki utworzyły grubą, białą otoczkę, zmieniając barwę i klarowność kostek. Zdolność wiązania mleczanu magnezu przez kostki lodu wyniosła ok. 10%. Po rozpuszczeniu kostek z otoczką wodą związków magnezu w wodzie zauważono pozostały na dnie naczynia osad.

g. Zdolność wiązania glukonianu cynku o stężeniu 5% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 3-5%. Zawartość cynku w 100 gramach kostek lodu wynosi ok. 10-30 mg, co stanowi 100-300% RWS.

h. Premiks mineralny po rozpuszczeniu w wodzie utworzył zawiesinę z widocznym osadem.

i. Premiks witaminowo - mineralny (250% RWS) % i temperaturze bliskiej 0°C nie został zwią- zany przez kostki lodu - po rozpuszczeniu w wodzie utworzył zawiesinę z widocznym osadem.

j. Nie udało się uzyskać otoczki utworzonej z zagęszczonego soku z wiśni o zawartości ekstraktu 68% i temperaturze bliskiej 0°C.

7. Zbadanie możliwości dodatku innych składników bioaktywnych (prebiotyk, kofeina, tauryna) do otoczki wiązanej przez kostki lodu.

Zbadano możliwości dodatku innych składników bioaktywnych (prebiotyk - inulina i oligofruktoza, kofeina, tauryna) w roztworze wodnym oraz stopień wiązania tych roztworów przez kostki lodu. W oparciu o wykonane liczne próby z zastosowaniem modelowych roztworów wodnych z dodatkiem syntetycznej niacyny ustalono, że:

a. Zdolność wiązania inuliny w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 7,5% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 4-5% (ok. 300-400 mg inuliny/100 g kostek lodu).

b. Zdolność wiązania oligofruktozy (w postaci syropu) w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 7,5% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 4-5%.

c. Zdolność wiązania kofeiny w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 0,1% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 4-5% (ok. 30-50 mg kofeiny / 100 g kostek lodu).

d. Zdolność wiązania tauryny w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 6% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 0,5-1% (ok. 30-60 mg tauryny /100 g kostek lodu).

Ustalono, że istnieje możliwość dodatku wodnych roztworów inuliny, kofeiny, tauryny do otoczki kostek lodu. Najniższą, lecz wciąż satysfakcjonującą zdolność wiązania z nośnikiem posiadał roztwór z tauryną, wiązanie pozostałych roztworów było na zbliżonym poziomie do mieszanek witaminowych.

8. Zbadanie możliwości dodatku aromatów naturalnych

Zbadano możliwość dodatku różnej zawartości aromatów naturalnych (gruszkowy, brzoskwiniowy, miętowy) w roztworze wodnym na stopień wiązania roztworu przez kostki lodu. W oparciu o wykonane próby z zastosowaniem modelowych roztworów wodnych z dodatkiem aromatów ustalono, że:

a. Zdolność wiązania aromatu w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 0,011% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 5-7%.

b. Zdolność wiązania aromatu w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 0,2% i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 0,5%.

Ustalono, że istnieje możliwość dodatku aromatu do otoczki, a badana różna zawartość aromatu w roztworze wodnym wpływa znacząco na stopień wiązania roztworu przez kostki lodu. Należy stosować możliwie niskie (ok. 0,011-0,050%) stężenia aromatów w nanoszonym na rdzeń roztworze.

9. Zbadanie wpływu połączonego stosowania wybranych substancji bioaktywnych na formowanie się powłoki lodowej

W oparciu o wykonane próby z zastosowaniem modelowych roztworów wodnych z jednoczesnym dodatkiem kilku substancji bioaktywnych ustalono, że:

a. Zdolność wiązania wodnego roztworu zawierającego glukozę, witaminę C, niacynę i aromat w nanoszonym roztworze wodnym o stężeniu 45% składników bioaktywnych i temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 2-4%.

b. Zdolność wiązania wodnego roztworu zawierającego sok z cytryny, witaminę C (łącznie 100% RWS) i aromat w temperaturze bliskiej 0°C przez kostki lodu wynosi ok. 4-6%.

Ustalono, że stosowanie kilku wybranych substancji bioaktywnych takich jak witamina C, niacyna i glukoza nie wpływa negatywnie na formowanie się otoczki.

Zastosowanie dodatku witaminy C lub soku z cytryny polepsza rozpuszczalność glukozy, dzięki czemu można uzyskać roztwór klarowny o stężeniu 40%, co w przypadku badań modelowych roztworu glukozy nie było możliwe.

RWS dla niacyny na poziomie 100% (16 mg) jest najwyższa w porównaniu z wartościami RWS określonymi dla innych witamin z grupy B (od 0,0025 mg do 1,4 mg), co wskazuje, że ilości te nie mają większego wpływu na zdolność wiązania przez formującą się powłokę.

10. Ocena jakości sensorycznej kostek lodu z różnymi dodatkami z uwzględnieniem formy ich występowania

Po rozpuszczeniu w wodzie (ok. 200 ml) kostki lodu (ok. 100 g) przygotowane z dodatkiem witaminy C wykazywały lekko kwaśny smak, który był bardziej intensywnie wyczuwalny w roztworach o wyższym dodatku tej witaminy. Kostki z solą potasową oraz te z dodatkiem premiksu mineralnego charakteryzowały się gorzkim, metalicznym smakiem, który był bardziej intensywny w roztworach o wyższym stężeniu. Dodatek soli magnezu, wapnia, sodu czy potasu w ilościach istotnych z punktu widzenia żywieniowego powodował znaczne zmiany smaku i wyglądu kostek z otoczką. Roztwory z kostkami lodu z dodatkiem glukozy wykazywały lekko słodki smak, zaś te z dodatkiem NaCI lekko słony. Kostki lodu z otoczką zawierającą dodatek aromatów wykazywały delikatny smak dodanych składników aromatyzujących. Nie zauważono zmiany smaku w roztworach przygotowanych z dodatkiem pozostałych składników funkcjonalnych.

PL 245542 Β1

11. Przykładowe składy I, II, III recepturowe kostek z powłokami Przykład kostki o składzie I - z witaminą C

	Składniki	%
Rdzeń (kostki lodu)	93
Otoczka	7
Otoczka	Sok z cytryny	98,9
Witamina C	1,1
Cała kostka (100% RWS dla witaminy C)	Woda	93
Sok z cytryny	6,923
Witamina C	0,077

Przykład kostki o składzie II - Multiwitamina

	Składniki	%
Rdzeń (kostki lodu)	97
Otoczka	3
Powłoka	Woda	95,98
Witamina C	2,66
Niacyna	0,53
Witamina B6	0,46
Witamina BI	0,36
Witamina B12	0,0001

PL 245542 Β1

Cata kostka (100% RWS dla witamin z grupy B, niacyny i witaminy C)	Woda	99,90
Witamina C	0,08
Niacyna	0,016
Witamina B6	0,0014
Witamina BI	0,0011
Witamina B12	0,0000025

Przykład kostki o składzie III - Energy

	Składniki	%
Rdzeń (kostki lodu)	97
Powłoka	3
Powłoka (100% RWS dla witamin C, BI, B6, B12 oraz cynku)	Woda	52,34
Witamina C	2,66
Witamina B6	0,46
Witamina BI	0,36
Witamina B12	0,0001
Niacyna	0,53
Glukonian cynku	2,33
Tauryna	6,66
Kofeina	1
Glukoza	33,33
Aromat brzoskwiniowy	0,33

PL 245542 Β1

Cała kostka (100% RWS dla witamin BI, B6, B12 oraz cynku)	Woda	98,29
Witamina C	0,08
Witamina B6	0,0014
Witamina BI	0,0011
Witamina B12	0,0000025
Niacyna	0,016
Glukonian cynku	0,07
Tauryna	0,2
Kofeina	0,03
Glukoza	1,3
Aromat brzoskwiniowy	0,01

Wersja składu III powłoki:

- zawartość witaminy C - w 100 g kostek lodowych zawartość witaminy C wynosi ok. 80 mg co stanowi 100% dobowego zapotrzebowania na tą witaminę

- zawartość kompleksu witamin z grupy B (B1, B3, B6, B12) - w 100 g kostek lodowych w wersji Multiwitamina oraz Energy poziom zawartości tych witamin wynosi odpowiednio 1,1 mg, 16 mg, 1,4 mg. 2,5 μg, co zapewnia 100% dziennego zapotrzebowania na te składniki

- zawartość składnika mineralnego - glukonianu cynku (potocznie nazywanego cynkiem) w 100 g kostek lodowych w wersji Energy poziom zawartości tego składnika to 10 mg co zapewnia 100% dziennego zapotrzebowania na ten składnik

- zawartość tauryny - w 100 g kostek lodowych w wersji Energy poziom tego aminokwasu wynosi 400 mg i jest porównywalny z poziomem tego składnika w napojach energetyzujących (brak RWS dla tauryny)

- zawartość kofeiny - w 100 g kostek lodowych w wersji Energy poziom zawartości tej witaminy to 30 mg i jest porównywalny z poziomem tego składnika w napojach energetyzujących (brak RWS dla kofeiny).

Podsumowanie wyników: badania potwierdziły możliwość wiązania mieszanek funkcjonalnych oraz aromatycznych:

1. Przeprowadzone badania w skali laboratoryjnej wykazały możliwość uzyskania kostek lodu wzbogaconych w składniki bioaktywne. Kostki te składają się z powłoki o różnej grubości, zawierającej w swoim składzie substancje bioaktywne w ustalonej ilości oraz z rdzenia składającego się z kostki lodu utworzonej poprzez zamrożenie wody bez żadnych dodatków.

2. Kostki lodu wzbogacone w składniki bioaktywne mogą zawierać naturalne soki owocowe oraz witaminy, przykładowo witaminy rozpuszczalne w wodzie, takie jak witamina C i witaminy z grupy B, substancje energetyzujące i aromaty.

3. W celu uzyskania pożądanych właściwości prozdrowotnych kostek lodu niezbędne jest uzupełnienie składu powłok z soków owocowych o rozpuszczalne w wodzie witaminy w postaci syntetycznej do ustalonego poziomu RWS. Niezbędne jest zastosowanie roztworów o odpowiednim ekstrakcie, co wywiera duży wpływ na zdolność wiązania tych roztworów przez kostki lodu.

4. Uzyskane kostki lodu wzbogacone w składniki bioaktywne charakteryzują się dobrą jakością sensoryczną przy ustalonych zakresach dodatku.

5. Opracowane kostki lodu charakteryzują się wysoką zawartością substancji bioaktywnych. Są bogate w składniki pochodzące z soków owocowych oraz dodatkowo wzbogacone są w witaminę C, witaminy z grupy B oraz kofeinę/guaranę o właściwościach pobudzających (energetyk). Kostki lodu wzbogacone w składniki bioaktywne mogą być polecane jako wyroby prozdrowotne wykonane na bazie naturalnych składników z dodatkiem witamin i składników energetyzujących.

6. Badanie możliwości dodania składników mineralnych w celu wzbogacenia kostek lodu wykazało możliwość dodania tych składników, których zapotrzebowanie jest niskie, np. cynk, selen. Dodatek soli magnezu, wapnia, sodu czy potasu w ilościach istotnych z punktu widzenia żywieniowego powoduje znaczne zmiany smaku i wyglądu kostek z powłoką. W związku z tym stosowanie ich jako dodatków wzbogacających lub wspomagających regenerację organizmu jest możliwe, lecz wiąże się z pogorszeniem smaku i wyglądu napoju, w którym są rozpuszczane.

Przeprowadzono badania szybkości przechodzenia rozpuszczalnych składników bioaktywnych z kostki lodu do wody oraz modelowych napojów zawierających kwas cytrynowy i sacharozę (odpowiednik soków) wykonane na przykładzie najbardziej labilnego, szybko rozkładającego się składnika jakim jest witamina C.

Do badań użyto kostek lodu w których:

- Masa powłoki o grubości 0,1 mm => 0,4239 gr => 0,99% masy kostki tj. z powłoką / 1,0% masy kostki pierwotnej

- Masa powłoki o grubości 0,2 mm => 0,848 gr => 1,96% masy kostki tj. z powłoką / 2,0% masy kostki pierwotnej

- Masa powłoki o grubości 0,3 mm => 1,272 gr => 2,91 % masy kostki tj. z powłoką / 3,0% masy kostki pierwotnej

Wymiary modelowej kostki lodu: walec o średnicy zew. 35 mm / średnica wew. 10 mm L = 30 mm Masa modelowej kostki lodu: 27 g

Powierzchnia modelowej kostki lodu: 42,39 cm²

Temperatura badanej modelowej kostki lodu: -18°C

Modelowy napój stanowiła: woda o objętości 250 ml i temperaturze 20°C

Badania rozpuszczenia kostek z powłoką przeprowadzono z zastosowaniem metod:

a) Metoda nr 1: Modelowy napój ustawiono na precyzyjnej wadze, co 3 sekundy od momentu włożenia kostki lodu wyjmowano kostkę z napoju by sprawdzić wskazania wagi, w czasie między 3 a 5-tym pomiarem (po 10-15 sek.) wskazania wagi modelowego napoju wzrastały o masę wcześniej nałożonej na kostkę otoczki.

b) Metoda nr 2: Po włożeniu kostki z zawartością witaminy C do modelowego napoju co 3 sekundy pobierano próbki płynu (napoju z kostką lodu), następnie pobrane próbki poddano badaniom oznaczenia zawartości witaminy C, wynik badań wykazał, iż zawartość witaminy C w próbkach 1-4 stopniowo wzrastała zaś w 5-tej próbce nieznacznie malała co wskazywało na pełne uwolnienie otoczki w czasie pobierania 4 próbek, spadek zawartości oznacza, iż witamina zaczęła się ulatniać.

Celem dodatkowych badań było określenie wpływu różnych składników recepturowych oraz zawartości ekstraktu w powłoce oraz w napoju na szybkość rozpuszczania się powłoki w modelowym napoju. Ponadto dokonano analizy zawartości witaminy C w kostkach lodu i w modelowym napoju w zależności od jego składu recepturowego.

Wyniki badań

1. Określenie szybkości rozpuszczania się składników bioaktywnych (rozpuszczalnych w wodzie) zawartych w powłokach kostek lodu.

Badania wykonano na wybranych składnikach bioaktywnych rozpuszczalnych w wodzie: witaminę C dodano w różnych stężeniach, które odniesiono do zapotrzebowania organizmu na ten składnik. Do kostek lodu dodano również sacharozę w stężeniu 10% i 20% w powłoki. Napój stanowiła woda.

W oparciu o wykonane badania ustalono, że:

a. Powłoka z witaminą C (zawartość witaminy C w 100 gr amach kostek lodu wynosi ok. 4060 mg; 50-70% Referencyjnej Wartości Spożycia) rozpuściła się w czasie 10 do 15 sekund w wodzie.

b. Powłoka z witaminą C (zawartość witaminy C w 100 gramach kostek lodu wynosi ok. 190210 mg, co stanowi 240-260% RWS) rozpuściła się w czasie 10 do 15 sekund w wodzie.

c. Powłoka z witaminą C (zawartość witaminy C w 100 gramach kostek lodu wynosi ok. 230260 mg, co stanowi 290-325% RWS) rozpuściła się w czasie 10 do 15 sekund w wodzie.

d. Powłoka z dodatkiem 10% roztworu sacharozy (zawartość sacharozy w 100 gramach kostek lodu wynosi ok. 0,6-0,8 g) rozpuściła się w czasie 10 do 15 sekund w wodzie.

e. Powłoka z dodatkiem 20% roztworu sacharozy (zawartość sacharozy w 100 gramach kostek lodu wynosi ok. 1,2-1,6 g) rozpuściła się w czasie 10 do 15 sekund w wodzie.

Badane stężenia witaminy C i sacharozy w powłoce odniesione do pokrycia zapotrzebowania organizmu w granicach od 50% do 325% RWS nie miały wpływu na szybkość rozpuszczania się powłoki w wodzie. Uzyskane wyniki wskazują, że powłoka kostki lodu zawierająca w swym składzie zarówno witaminę C jak i sacharozę rozpuszcza się w wodzie w bardzo krótkim czasie wynoszącym około 10-15 sekund. Uzyskane wyniki szybkości rozpuszczania się powłoki w wodzie można odnieść do innych składników dobrze rozpuszczalnych w wodzie, takich jak: witaminy z grupy B, tauryna, kofeina, składniki mineralne i inne rozpuszczalne w wodzie.

2. Określenie wpływu wybranych komponentów napoju modelowego na szybkość rozpuszczania się powłoki kostki lodu

Badania wykonano na komponentach takich jak kwas cytrynowy i sacharoza, występujących zwykle w napojach spożywczych, spożywanych z dodatkiem kostek lodu. Przyjęte poziomy stosowanych dodatków określono w oparciu o ilości zawarte w napojach owocowych, tj. zawartość kwasu cytrynowego na poziomie 0,5% oraz sacharozy 10% i 20%.

a) Określenie wpływu dodatku kwasu cytrynowego do roztworu wodnego (napój modelowy) na szybkość rozpuszczania się powłoki.

Zbadano wpływ środowiska kwaśnego w roztworze wodnym na szybkość rozpuszczania się kostek lodu. W oparciu o wykonane próby ustalono, że powłoka znajdująca się na kostkach lodu rozpuściła się w czasie krótszym niż 15 sekund w roztworze wodnym z 0,5% dodatkiem kwasu cytrynowego. Ustalono, że zawartość kwasu cytrynowego w roztworze wodnym nie wpływa znacząco na szybkość rozpuszczania się powłoki w modelowym napoju.

b) Określenie wpływu dodatku sacharozy do roztworu wodnego (modelowy napój) na szybkość rozpuszczania się powłoki.

Zbadano wpływ zawartości ekstraktu w roztworze wodnym na szybkość rozpuszczania się kostek lodu. W oparciu o wykonane próby ustalono, że otoczka znajdująca się na kostkach lodu rozpuściła się podobnie jak w poprzednich badaniach po 10-15 sekundach w roztworze wodnym z 15% dodatkiem sacharozy. Ustalono, że zawartość sacharozy w roztworze wodnym w w/w stężeniu nie wpływa znacząco na szybkość rozpuszczania się powłoki w modelowym napoju.

Uzyskane wyniki wskazują, że najważniejsze komponenty napojów owocowych, takie jak cukry i kwasy, nie mają wpływu na szybkość rozpuszczania się otoczki.

3. Zbadanie zawartości witaminy C powłokach kostek oraz w modelowych roztworach napojów w wyniku dodania kostek lodu

Witamina C należy do związków bioaktywnych charakteryzujących się niską trwałością, rozkładająca się szybko szczególnie w środowisku o niskiej kwasowości. Oznaczenie wykonano po 20-30 minutach tj. w czasie, w którym zwykle są spożywane napoje.

Badanie polegało na oznaczeniu zawartości witaminy C w przygotowanych roztworach modelowych z rozpuszczonymi kostkami lodu (trzy napoje modelowe: woda, woda z 0,1% dodatkiem kwasu cytrynowego, woda z 10% dodatkiem cukru) oraz w kostkach lodu. Zawartość witaminy C oznaczono metodą Tillmansa wg Polskiej Normy PN-A-75101-11:1990 (Przetwory owocowe i warzywne - Przygotowanie próbek i metody badań fizykochemicznych - Oznaczanie zawartości witaminy C). Procedura

PL 245542 Β1 przygotowania próbek do oznaczenia zawartości witaminy C polegała na przygotowaniu kostek z powłoką zawierającą określoną zawartość witaminy C (tabela 1), które zamrożono i przechowywano w stanie zamrożonym w temp. ok. - 20 st. C przez ok. 2 godziny, a następnie na przygotowaniu modelowych napojów, w których rozpuszczono kostki (tabela 1). Kostki w modelowych napojach przetrzymywano do momentu rozpuszczenia się powłoki. W przypadku badania zawartości witaminy C w kostkach lodu, oznaczenie przeprowadzano bezpośrednio po przechowywaniu kostek w stanie zamrożonym. Na podstawie uzyskanych wyników (tabela 1) stwierdzono, że straty witaminy C powstałe wskutek przygotowania kostek, przechowywania ich w stanie zamrożenia, a następnie przygotowania napojów modelowych z ich udziałem wynosiły odpowiednio ok. 9%, 4%, 8% w modelowym napoju zawierającym wodę, wodę z dodatkiem kwasu cytrynowego, wodę z dodatkiem cukru. W przypadku kostek lodu straty witaminy C wynikające z procesu przygotowania próbek oraz przechowywania w stanie zamrożenia wynosiły 8 i 10% dla kostek lodu wzbogaconych w różne ilości witaminy C - przeprowadzone badania wykazały stratę witaminy C w procesie przygotowania oraz przechowywania kostek na poziomie 8% dla kostki lodu „1” (pierwotna zawartość witaminy C 77,7 +/- 6,2 mg/100 g) oraz 10% dla kostki lodu „2” (pierwotna zawartość witaminy C 111 +/- 4,9 mg/100 g-wg Tabeli 1b).

Zbadanie strat witaminy C w procesie roztapiania powłoki w różnych napojach: najmniejszą (4%) stratę witaminy C odnotowano w napojach zawierających witaminę C w swoim składzie, w wodzie oraz słodzonym napoju strata była porównywalna i wynosiła 8-9%.

Tabela 1. Zawartość witaminy C w a) kostkach z powłoką oraz b) w modelowych roztworach napojów z rozpuszczonymi kostkami lodu.

a)

Zawartość witaminy C w powłoce	Zawartość witaminy C z wyliczeń	Zawartość witaminy C z oznaczeń
mg/100 g
Kostki lodu 1	77,7+6,2	70,98±0,96
Kostki lodu 2	111,7+4,9	100,2±0,24

b)

Badane roztwory modelowe z kostkami lodu oraz kostki lodu	Zawartość witaminy C z wyliczeń	Zawartość witaminy C z oznaczeń
mg/100 g
Modelowy napój z kostkami lodu (roztwór: 100% woda)	56,0+2,8	51,0+0,67
Modelowy napój z kostkami lodu (roztwór: 99,9% woda; 0,1% kwas cytrynowy)	60,2+4,5	57,6+0,66
Modelowy napój z kostkami lodu (roztwór: 90% woda; 10% sacharoza)	44,6±3,1	41,0±0,33

Badania wykazały też, że bardzo szybkie rozpuszczanie się powłoki (około 15 sekund) praktycznie nie miało większego wpływu na straty witaminy C w modelowych roztworach wodnych zawierających cukier i kwas cytrynowy (główne składniki soków) po 20 minutowym czasie od rozpuszczenia kostki lodu w tych roztworach. Uzyskane wyniki wskazują, że opracowane kostki lodu wzbogacone w składniki bioaktywne mogą stanowić cenny produkt spełniający zarówno funkcje użytkowe - schładzanie napojów i potraw, jak i mogą być cennym produktem z punktu widzenia żywieniowego podnoszącym zawartość składników bioaktywnych w spożywanych, schładzanych napojach. Badania wykazały, iż straty najbardziej wrażliwej na ten czynnik witaminy C występują na poziomie <10% w procesie przygotowania oraz przechowywania produktu. Strata witaminy C w napoju występuje na podobnym poziomie. 10% poziom strat witaminy C jest umiarkowaną wartością.

Na podstawie prób rozpuszczania kostek z powłoką o różnym składzie potwierdzono czas rozpuszczania powłoki: 10-15 sek. Niemal natychmiastowe uwalnianie się składników zawartych w otoczce kostki lodu znajduje potwierdzenie w poniższym przykładzie obliczeń wymiany ciepła:

Ciepło topnienia lodu: 335 kJ/kg; ciepło właściwe lodu: 2,1 kJ/kg*K

Ciepło właściwe wody: 4190 J/kg*K

Nie uwzględniając wymiany ciepła w otoczeniu, pojedyncza modelowa kostka lodu jest w stanie schłodzić modelowy napój o maksymalnie 10°C po czym następuje pełne jej rozpuszczenie.

Ilość energii niezbędna dla rozpuszczenia modelowej kostki lodu to: 10065,6 J; ilość ciepła niezbędna do ostudzenia modelowego napoju o 1°C => 1047,5 J (10065,6 / 1047,5 = 9,61 °C)

Dla rozpuszczenia otoczki

a. o grubości 0,1 mm 158,067 J => schłodzenie napoju o 0,15°C

b. o grubości 0,2 mm 316,13 J => schłodzenie napoju o 0,3°C

c. o grubości 0,3 mm 474,201 J => schłodzenie napoju o 0,45°C

W każdym z w/w przypadków powłoka została rozpuszczona w napoju w czasie krótszym niż 15 sek.

Wnioski

- Kostki lodu ze względu na swą specyficzną budowę (rdzeń i otoczka) dostarczają składników bioaktywnych do napoju w bardzo krótkim czasie nie przekraczającym 15 sekund.

- Opracowane kostki lodu charakteryzują się wysoką zawartością substancji bioaktywnych, które przedostają się do napoju w bardzo krótkim czasie zachowując dużą trwałość po 20 minutach przechowywana napoju tj. w okresie, w którym napoje są zwykle spożywane.

- Otoczka kostek lodu może się składać z dobrze rozpuszczalnych w wodzie składników np.: soków, witamin, substancji bioaktywnych minerałów oraz aromatów, stężenie dobranych składników nie może powodować przesycenia roztworu oraz nie może znacząco obniżać temperatury krystalizacji roztworu.

- Zawartość napoju nie ma większego wpływu na czas rozpuszczania się otoczki, gdyż decydujący wpływ na proces uwalniania się substancji funkcjonalnych mają zasady wymiany ciepła i termodynamiki.

W porównaniu do znanych na rynku rozwiązań, gdzie kostka lodu zawiera składniki funkcjonalne w całej swojej masie bądź jej części, rozwiązanie według wynalazku przekazuje do napoju/uwalnia składniki z powłoki do napoju bez konieczności pełnego rozpuszczenia rdzenia kostki. Jak wynika z przykładu powyżej: pełne rozpuszczenie modelowej kostki lodu nastąpi po ostudzeniu napoju o 9,6°C zaś pełne przekazanie składników funkcjonalnych powłoki do napoju (rozpuszczenie powłoki) kostki wg wynalazku następuje 40-64 krotnie szybciej.

Dobrano grubość powłoki biorąc pod uwagę:

- kształt kostki (jej powierzchnię aktywną dla naniesienia otoczki)

- ilości składników funkcjonalnych którą powinna zawierać porcja kostek lodu

Wnioski: Maksymalna grubość warstwy powłoki wynosi 0,5 mm - grubsza warstwa pęka oraz się odwarstwia od rdzenia kostki ze względu na różnicę w gęstości obu materiałów.

Przykład - Proces wytworzenia kostek lodu z cienką powłoką według wynalazku

Proces wytworzenia kostek lodu z powłoką został przedstawiony na fig. 1. Po wytworzeniu, skalibrowaniu oraz domrożeniu kostek lodu do temperatury -10°C nanosi się powłokę poprzez oprysk zmrożonych kostek przygotowaną mieszanką w urządzeniu do kalibracji kostek lodu. Kalibrator utrzymuje kostki w ciągłym ruchu, dzięki czemu zapewnia równomierne pokrycie kostek nanoszonym płynem powłoki. Przykładowy skład powłoki nakładanej na kostki: roztwór wodny z zawartością witaminy C o stężeniu 4%.

W celu utrwalenia powłoki na kostce po jej naniesieniu oraz zapobieżeniu ściekania powłoki z kostki po zapakowaniu należy kostki dodatkowo zmrozić do temperatury poniżej -10°C zapewniającej utrzymanie temperatury produktu w pełnym zamrożeniu w całym cyklu produkcyjno-transportowym.

Przykładowy cykl produkcyjny wytworzenia kostki lodu z powłoką obejmuje następujące etapy:

Etap I: Przygotowanie wody do produkcji rdzeni - filtracja wody surowej do osiągnięcia wody osmotycznej o przewodności <30 umS/cm z zawartością osadu suchego <100 ppm z poziomem pH: 6,5-7,5. Tak przygotowaną wodę przed podaniem na maszynę do produkcję kostek lodu należy zdezynfekować naświetlając światłem UV.

Etap II: Zamrożenie wody rdzeni w postaci rurek o średnicy D35 mm/d5 mm w maszynie do produkcji kostek lodu.

Etap III: Cięcie rurek rdzeni w maszynie do produkcji kostek lodu na kostki lodu o długości 20-40 mm.

Etap IV: Kalibracja kostek lodu rdzeni - przepuszczenie kostek przez sito obrotowe w celu pozbycia się miału powstałego wskutek cięcia oraz transportu kostek rdzeni.

Etap V: Zmrożenie kostek lodu rdzeni do temperatury poniżej -5°C.

Etap: VIa: Przygotowanie płynnego roztworu wodnego powłoki.

Etap VIb: Nanoszenie powłoki poprzez natrysk płynnego roztworu wodnego powłoki na rdzenie pozostające w ruchu - spadające, poddane wibracji bądź przechodzące przez sito obrotowe w celu ich odszronienia bądź dodatkowej kalibracji.

Proces odbywa się w kontrolowanej temperaturze otoczenia 1-5°C.

Ograniczeniem prędkości procesu jest prędkość podawania roztworu otoczki, która wynosi 1,4 l/min - większa prędkość nie jest wskazana ze względu na pękanie kostek w wyniku szoku termicznego spowodowanego zbyt dużą ilością stosunkowo ciepłego płynu nanoszonego na zmrożony rdzeń.

- prędkość podawania lodu: 32,5 kg/min (1200 kostek/min), prędkość podawania roztworu otoczki: 1,3 l/min = > grubość otoczki 0,25 mm

- prędkość podawania lodu: 32,5 kg/min (1200 kostek/min), prędkość podawania roztworu otoczki: 0,5 l/min = > grubość otoczki 0,1 mm

- prędkość podawania lodu: 17,5 kg/min (650 kostek/min), prędkość podawania roztworu otoczki: 1,4 l/min = > grubość otoczki 0,5 mm

Etap VII: Zmrożenie powłoki, np. poprzez transport kostek/rdzeni lodu w tunelu mroźniczym z temperaturą otoczenia >-20°C, prędkością zapewniającą minimum 20 min przebywania kostki w ujemnej temperaturze.

Etap VIII: Otrzymane kostki są następnie konfekcjonowane i pakowane.

Opcjonalnie, naniesienie powłoki przeprowadza się poprzez transport rdzeni kostek lodu przez strumień przygotowanego roztworu lub zanurzanie transportowanych kostek w przygotowanym roztworze. Jednakże obie powyższe metody są mniej korzystne w stosunku do metody natrysku kostek pozostających w ruchu - gdyż w wyniku polewania bądź zanurzania zmrożonych kostek w przygotowanej substancji, ze względu na dużą ilość cieczy o porównywalnie wysokiej temperaturze, istnieje duże ryzyko powierzchniowego podtopienia kostki lodu, co uniemożliwia się wiązanie powłoki z nośnikiem i powoduje pękanie kostek lodu wskutek szoku termicznego.

Grubość warstwy nanoszonej w jednej operacji nie powinna przekraczać 0,25 mm (250 gm) grubości. Nanoszenie grubszej powłoki w pojedynczym procesie znacząco spowalnia proces produkcyjny. Powłoka o grubości 0,25 jest optymalną powłoką pod względem trwałości oraz prędkości procesu produkcyjnego. W celu zwiększenia grubości (zawartości funkcjonalnych składników na pojedynczej kostce) bądź naniesienia dodatkowej warstwy o innej funkcjonalności proces nanoszenia należy powtórzyć (zamrożenie - naniesienie powłoki - domrożenie - naniesienie kolejnej warstwy - ponowne domrożenie). Jakkolwiek powtórzenie etapu napylania powłoki znacząco przedłuża proces produkcyjny i podnosi jego koszt. Nanosi się powłokę o maksymalnej całkowitej grubości 0,5 mm - grubsza warstwa pęka oraz się odwarstwia od rdzenia kostki ze względu na różnicę w gęstości obu materiałów.

Claims (11)

1. Kostka lodu powleczona, obejmująca rdzeń oraz powłokę, przy czym rdzeń stanowi zamrożona woda, a powłokę stanowi zamrożony wodny roztwór co najmniej jednego składnika bioaktywnego wybranego z grupy obejmującej witaminy, składniki mineralne, substancje energetyzujące, substancje słodzące, prebiotyki, regulatory kwasowości, przeciwutleniacze, soki owocowe, barwniki i/lub aromaty, znamienna tym, że powłoka naniesiona jest na całą powierzchnię rdzenia i stanowi nie więcej niż 10% wagowych powleczonej kostki, przy czym grubość powłoki wynosi od 0,1 mm do 0,5 mm.

2. Kostka lodu według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że grubość powłoki wynosi od 0,2 mm do 0,25 mm, korzystnie 0,25 mm.

3. Kostka lodu według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienna tym, że powłokę stanowi zamrożony wodny roztwór o temperaturze zamarzania zbliżonej do temperatury krystalizacji rdzenia.

4. Sposób wytwarzania kostek lodu powleczonych, określonych w którymkolwiek z zastrzeżeń 1-3, znamienny tym, że obejmuje etapy:

a) filtracji wody do osiągnięcia wody osmotycznej o przewodności poniżej 30 umS/cm, zawartości osadu suchego poniżej 100 ppm oraz pH w zakresie 6,5-7,5;

b) dezynfekcji wody promieniowaniem UV;

c) zamrożenia wody rdzeni w postaci rurek o średnicy D35 mm/d5 mm;

d) cięcia rurek rdzeni na kostki lodu o długości 20-40 mm;

e) kalibracji kostek lodu rdzeni poprzez przepuszczenie przez sito obrotowe;

f) zmrożenia kostek lodu rdzeni do temperatury poniżej -5°C;

g) przygotowania płynnego roztworu wodnego powłoki;

h) nanoszenia powłoki poprzez natrysk płynnego roztworu wodnego powłoki na rdzenie pozostające w ruchu z prędkością podawania roztworu nie większą niż 1,4 l/h w temperaturze 1-5°C.

5. Sposób według zastrzeżenia 4, znamienny tym, że natryskiwane rdzenie poddaje się wibracji.

6. Sposób według zastrzeżenia 4 albo 5, znamienny tym, że podczas etapu nanoszenia powłoki różnica temperatur rdzeni i płynu roztworu wodnego powłoki wynosi co najmniej 6°C przy zachowaniu temperatury płynu roztworu powłoki nie wyższej niż 1°C w warunkach normalnego ciśnienia.

7. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 4 do 6, znamienny tym, że po naniesieniu powłoki utrwala się ją poprzez dodatkowe domrożenie, korzystnie w temperaturze poniżej 5°C.

8. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 4 do 7, znamienny tym, że przed naniesieniem powłoki, powierzchnię kostek lodu wygładza się, korzystnie do osiągnięcia chropowatości Ra niższej niż 0,5 mm.

9. Sposób według zastrzeżenia 8, znamienny tym, że powierzchnię kostek wygładza się poprzez kalibrację lub odszranianie, przykładowo z użyciem sit obrotowych.

10. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 4 do 9, znamienny tym, że nanosi się powłokę o grubości wynoszącej maksymalnie 0,25 mm w jednym cyklu produkcyjnym.

11. Sposób według któregokolwiek z poprzedzających zastrzeżeń od 4 do 10, znamienny tym, że proces nanoszenia powłoki powtarza się, do osiągnięcia grubości maksymalnej powłoki nie większej niż 0,5 mm.