PT804085E - Preparacao de suspensao de cristais de gelo em solucao de acucar e seu uso no fabrico de produtos de confeitaria - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "PREPARAÇÃO DE SUSPENSÃO DE CRISTAIS DE GELO EM SOLUÇÃO DE AÇÚCAR E SEU USO NO FABRICO DE PRODUTOS DE CONFEITARIA" r

Area da Invenção A preparação de uma suspensão de cristais de gelo é uma etapa habitual no fabrico de produtos de confeitaria gelados tal como sorvetes, granizados, gelados e polpas geladas. Estes produtos de confeitaria são formados a partir de uma solução aquosa de açúcares, que podem incluir ingredientes opcionais por exemplo aromatizantes, gorduras, proteínas do leite, agentes emulsionantes, gás, corantes e polpa de frutas.

Antecedentes da Invenção E desejável ser capaz de fornecer uma suspensão de cristais de gelo tendo um tamanho médio de cristal que seja o mais pequeno possível.

Convencionalmente, a suspensão de cristais de gelo é fabricada num permutador de calor de superfície raspada (SSHE). Este processo mistura e arrefece simultaneamente a solução aquosa de açúcares. Uma desvantagem deste processo é que existe um gradiente entre a parede do SSHE e o centro, deste modo a cristalização é localizada na parede do SSHE. Isto resulta numa distribuição desigual de cristais.

Outra desvantagem de usar um SSHE a fim de fornecer a suspensão ‘ a

-2-de cristais de gelo é que um SSHE é um equipamento caro.

Altemativamente, a suspensão de cristais de gelo pode ser fabricada pelo processo de congelação quiescente dentro, por exemplo, de um molde de chupa-chupa. A cristalização ocorre nas paredes da forma com o crescimento de cristais dendríticos grandes, para o centro do produto. A Patente U. S. 3 987 211 revela o uso de um polpa gelada preparada pelo super-arrefecimento de uma solução aquosa de ingredientes do tipo de mistura de produto solúvel na água na preparação de ditos produtos.

Fomos agora capazes de inventar um processo simples para produzir a suspensão de cristais de gelo, pelo qual os cristais de gelo são produzidos tendo o tamanho de cristal pequeno desejável. Além disto, o processo permite a formação de um grande numero de núcleos de cristais distribuídos de maneira uniforme. O processo envolve inicialmente, arrefecer individualmente uma primeira solução de açúcar concentrado e uma segunda solução de água ou uma solução de açúcar menos concentrado antes de misturar as soluções arrefecidas.

Descrição Geral da Invenção

Deste modo, a invenção fornece um método para preparar uma suspensão compreendendo cristais de gelo numa solução de açúcar, em que uma primeira solução de açúcar concentrado e uma segunda solução de açúcar menos concentrado ou água são arrefecidas individualmente até uma temperatura de a partir de 0,5° C acima do limite de temperatura metastável da respectiva solução até 5 o C acima do ponto de fusão da respectiva solução antes de misturar; deste modo, se uma ou ambas as soluções é arrefecida até uma temperatura de a partir -3- de 0,5° C acima do limite de temperatura metastável da solução até abaixo do ponto de fusão da solução, a respectiva solução é super-arrefecida. A presente invenção fornece um método conveniente para preparar uma suspensão contendo uma quantidade de cristais de gelo relativamente pequenos. O tamanho dos cristais de gelo pode ser mais reduzido se pelo menos uma das soluções é super-arrefecida antes da mistura. O termo "temperatura limite metastável" é um termo bem conhecido da técnica. Um método adequado para medição é descrito em "Crystallization", J Mullin, Butterworth 1972, p 178 & 179 & Fig. 6.4. A primeira solução é uma solução de açúcar concentrado. Esta solução terá preferencialmente uma concentração acima de cerca de 45 % p/p, mais preferencialmente acima de cerca de 55 %. A segunda solução é ou água ou uma solução menos concentrada de açúcar. Preferencialmente a segunda solução é água porque este é o método mais eficiente para uso comercial. A solução menos concentrada de açúcar terá preferencialmente uma concentração abaixo de cerca de 20 % p/p, mais preferencialmente abaixo de cerca de 10 %. O açúcar normalmente será sacarose, mas outros açúcares podem ser usados, por exemplo glicose, dextrose e frutose. Em alguns procedimentos pode haver um benefício em ter açúcares diferentes nas duas soluções.

Tanto uma como outra solução pode conter pequenas quantidades de aromatizante, ácido cítrico, citrato de sódio, gorduras, proteínas do leite, emulsionantes, gás, polpa de frutas, sumo de frutas ou estabilizador. -4- 0 uso de mais de duas soluções tendo cada uma delas concentrações diferentes ou idênticas de açúcar, sendo cada solução arrefecida individualmente até uma temperatura de imediatamente acima do limite de temperatura metastável da solução até imediatamente acima do ponto de fusão da solução antes de misturar, é claramente possível e entra no âmbito da presente invenção como reivindicado; contando que pelo menos uma solução seja de açúcar concentrado e pelo menos uma solução seja de açúcar menos concentrado ou água.

Tipicamente, o processo da invenção fornecerá uma suspensão de gelo contendo de 0,5 a 10 % em peso de cristais de gelo numa solução de açúcar. Esta suspensão de gelo forma-se rapidamente. O nível de gelo formado é demasiado baixo para uso comercial como, por exemplo, um gelado ou sorvete. Por conseguinte, um segundo passo de congelação é necessário para aumentar a fase de volume de gelo na suspensão. Este segundo passo de congelação é necessário para aumentar a fase de volume de gelo na suspensão. Este segundo passo de congelação pode ocorrer simultaneamente com o passo de mistura. Altemativamente, a suspensão de gelo de acordo com a invenção pode ser preparada em primeiro lugar e depois introduzida num sistema de congelação adequado.

Yantajosamente pode ser usado qualquer meio conveniente para misturar as soluções arrefecidas. O uso de processos diferentes de mistura modificará o tamanho e/ ou o formato dos cristais produzidos.

Deste modo, podem ser usados misturadores estáticos que passam correntes de líquido através de um dispositivo mecânico fixo disposto de modo a juntar os vapores e misturá-los rapidamente. Um exemplo é o misturador Kenics. Esta via fornece uma corrente resultante contendo a suspensão de finos cristais de

I gelo. O método da invenção também se estende à introdução das correntes num vaso, por exemplo uma forma, opcionalmente contendo um agitador. Esta via permite que a suspensão seja formada numa vasilha num refrigerador, de modo que a suspensão seja então congelada de modo quiescente.

Uma via alternativa é ter o passo de mistura realizado num vaso capaz de proporcionar congelação dinâmica, por exemplo permutador de calor de superfície raspada (SSHE) ou uma misturador de transferência de cavidade. Nesta via a suspensão de cristais de gelo é formada dentro do aparelho que fornece o segundo passo de congelação.

Deste modo, o método forma uma grande quantidade de pequenos cristais no volume da água e não na superfície de um vaso recipiente.

Depois de preparar a suspensão como uma corrente esta pode ser levada a um SSHE dentro do qual a congelação é completada. A aerifícação pode ser introduzida nesta etapa.

Uma ou ambas as soluções podem ser super-arrefecidas antes da mistura. O super-arrefecimento permite que sejam formados cristais de gelo particularmente pequenos.

Por super-arrefecimento entende-se que a solução foi arrefecida a uma temperatura mais baixa do que a temperatura de fusão para gelo em solução sem que se forme gelo. A fim de super-arrefecer uma solução, a solução é arrefecida lentamente. O super-arrefecimento pode ser alcançado por qualquer técnica conhecida ou pode ser efectuado arrefecendo a solução num sistema no qual a temperatura do refrigerador nunca é abaixo do limite metastável da solução. -6- A fim de proporcionar o produto de confeitaria gelado final desejado, por exemplo sorvete, granizado, gelado, polpa gelada, a suspensão de cristais de gelo resultante pode ser misturada com os componentes do produto de confeitaria gelado. Altemativamente, e preferencialmente, os componentes do produto de confeitaria gelado podem ser adicionados a uma ou a ambas as soluções usadas para preparar a suspensão de gelo inicial. Tipicamente, os componentes adicionais do produto de confeitaria gelado serão incluídos na água ou na solução menos concentrada de açúcar. Uma outra alternativa é que os componentes do produto de confeitaria gelado podem ser adicionados na etapa de mistura.

Descrição Específica da Invenção

Serão dados agora exemplos para ilustrar mas não limitar o método da invenção.

Suspensões de sorvete são formadas pela mistura de duas soluções.

Uma corrente de sacarose concentrada A (30 - 62 % p/p de sacarose) foi arrefecida até uma temperatura na variação de 0 - 4o C mais alta do que seu ponto de fusão de equilíbrio. Esta foi misturada com uma corrente de sacarose diluída B (0 - 15 % p/p de sacarose) que foi arrefecida até uma temperatura na variação de 0 - 4o C mais alta do que o seu ponto de fusão de equilíbrio. Tanto uma corrente como a outra pode conter pequenas quantidades de aromatizante, ácido cítrico, citrato de sódio, sumo de frutas ou agente estabilizador, por exemplo guar e LBG. As duas correntes foram misturadas a uma proporção de peso entre 8 : 1 e 1 : 2 do concentrado (A) para a corrente diluída (B). O fluxo total foi de 300 kghr'1. Isto criou uma corrente mista com uma temperatura inicial mais baixa do que o ponto de fusão de equilíbrio da corrente e um pouco da água cristalizou-se. A corrente tinha uma temperatura na -7- variação de -18° C a -3,0° C. O misturador usado foi um misturador de tubo estático Kenics (que pode ser obtido da Chemineer Ltd, Derby, Inglaterra) compreendendo um tubo com 30 cm de comprimento e com um diâmetro de 2,5 cm. Este tubo continha 12 elementos curvos dispostos ao longo do tubo paralelo ao fluxo do líquido com elementos alternativos sendo perpendiculares aos elementos adjacentes. Cada elemento curvo faz o fluxo de líquido girar numa direcção diferente.

Um misturador alternativo é do tipo Sulzer (que pode ser obtido da Sulzer-Chemtech, Winterthur, Suíça).

Esta mistura criou um ambiente físico no qual os cristais de gelo se formaram espontaneamente. Foi formada uma suspensão de sorvete que continha entre 0,5 % e 15 % p/p de gelo. Quatro exemplos foram realizados e as suas condições estão citadas nas Tabelas I e II. As suspensões de gelo resultantes tinham fracções de massa calculadas de 1 % a 5 %. A estrutura final obtida após a segunda etapa de congelação tinha uma textura suave e era diferente da estrutura dendrítica fornecida pela congelação quiescente. -8-

TABELAI

Ex CORRENTE A CORRENTE B Concentração de sacarose (% p/p) Tempe ratura (°C) Concentração de sacarose (% P/P) Tempe ratura (°C) Proporção de Fluxo (A/B) Conteúdo de gelo* (fracção de massa) I 62 -13,5 0 0 1 0,05 II 50 -7,1 0 0 1,6 0,01 III 62 -13,5 15 -1,1 0,5 0,02 IV 55 -9,2 15 -1,1 0,67 0,01 * calculado

TABELA II

Pontos de fusão de soluções usadas:

Sacarose (% p/p) °C Nenhuma 0o 15 -1°C 50 -7,5° C 55 -9,3° C 62 -13,8° C

Esta suspensão, que compreendia uma massa de cristais de gelo muito pequenos, foi então mais congelada numa segunda etapa num congelador de pressão ou um aparelho semelhante para dar um sorvete com uma estrutura fora do comum que retinha o elevado número de pequenos cristais. A suspensão de gelo resultante foi submetida a congelação a montante para gerar um sorvete -9- * comercialmente utilizável. Esta etapa de congelação a montante, isto é, após a mistura, pode ser quiescente, por exemplo em formas passados através de zonas congelantes, ou com movimento, por exemplo num permutador de calor de superfície raspada. Exemplos de zonas congelantes para congelação quiescente são banhos de salmoura nos quais as formas são colocadas e túneis congelantes usando gases muito frios. O regime de congelação preciso usado dependerá da estrutura e formato desejado no produto final.

Um processo idêntico ao acima foi usado para preparar sorvete aerificado. Tanto o concentrado como a corrente diluída foram aerificados com ar (ou qualquer gás adequado) antes do passo de mistura. Pequenas bolhas de ar foram distribuídas por toda a suspensão e ficaram aprisionadas no produto congelado. O método é particularmente aplicável à formação de sorvetes mas também pode ser usado na preparação de outros alimentos nos quais o gelo é um componente. Deste modo o método pode ser usado na preparação de gelados.

Exemplo V

Uma suspensão de sorvete foi formada pela mistura de duas soluções.

Uma corrente de sacarose concentrada A (62 % em peso) foi arrefecida até -10,9° C. Esta foi misturada com água tendo adicionalmente 1,4 % em peso de ácido cítrico, 0,7 % em peso de citrato de sódio, 0,3 % em peso de aro-matizante de limão que tinha sido arrefecido até 0,3° C. As duas correntes foram misturadas a uma proporção em peso de 1 : 1. O fluxo total foi de 3,3 kg/ min. O misturador usado foi um misturador kenics de 12 elementos. Foram observados cristais de gelo na corrente de saída que tinha uma temperatura de -2,1° C. - 10-

Exemplo VI

Uma solução de sorvete foi formada pela mistura de duas soluções. 0,45 kg de solução de sacarose a 55 % em peso (ponto de fusão -9,2° C) foram arrefecidos até -7,5° C. Estes foram misturados com 0,5 kg de água que tinha sido super-arrefecida até -1,7° C. A mistura foi obtida usando uma turbina Rushton girando a 200 rpm. Foi observado que cristais de gelo se formaram quase imediatamente na mistura.

Exemplo VII

Solução de sacarose (60 % em peso) a -12,8° C foi misturada com água a 0,1° C numa proporção em peso de 3 : 2 num misturador de turbina de Rushton a 240 rpm a fim de formar a corrente A contendo uma suspensão de cristais de gelo. A corrente B era uma composição contendo, em peso, água 53, 8 % leite em pó desnatado 25,0 % gordura de manteiga 20,0 % goma de alfarroba 0,4 % agente emulsionante 0,8 %

que foi pasteurizada e homogeneizada. As correntes A e B (a -2,6° C) foram misturadas a uma proporção em peso de 1 : 1 e a corrente resultante foi simultaneamente aerifícada com Nitrogénio acrescentado e cortada para dar um produto rígido. Este produto foi então endurecido de modo quiescente até -16° C - 11 - para dar um produto de confeitaria tipo gelado.

Lisboa, 19 de Abril de 2000

JORGE CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Um método de preparar uma suspensão compreendendo cristais de gelo numa solução de açúcar, em que uma primeira solução de açúcar concentrado e uma segunda solução de açúcar menos concentrado ou água são individual mente arrefecidas até uma temperatura de a partir de 0,5° C acima do limite de temperatura metastável da respectiva solução até 5 o C acima do ponto de fusão da respectiva solução antes de misturar; no caso de uma ou ambas as soluções serem arrefecidas até uma temperatura de 0,5° C acima do acima do limite de temperatura metastável da respectiva solução a abaixo do ponto de fusão da respectiva solução, a respectiva solução é super-arrefecida.
2. 2. Um método de acordo com a reivindicação 1, em que a primeira solução é uma solução de açúcar concentrado tendo uma concentração de açúcar acima de 45 % p/p, preferencialmente acima de cerca de 55 % p/p.
3. 3. Um método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a segunda solução é água ou uma solução de açúcar menos concentrado tendo uma concentração de açúcar abaixo de cerca de 20 % p/p preferencialmente abaixo de 10% p/p.
4. 4. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes em que a segunda solução é água.
5. 5. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que uma solução tem uma temperatura de a partir de 0,5° C acima do limite de temperatura metastável da solução até abaixo do ponto de fusão da solução. -2-
6. 6. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que tanto a primeira como a segunda solução têm uma temperatura de a partir de 0,5° C acima do limite de temperatura metastável da respectiva solução até abaixo do ponto de fusão da respectiva solução.
7. 7. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, em que pelo menos uma solução tem uma temperatura igual ou até 5o C acima do seu ponto de fusão.
8. 8. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, em que tanto a primeira como a segunda solução têm uma temperatura igual ou até 5o C acima de seus respectivos pontos de fusão.
9. 9. Um método para preparar um produto contendo uma suspensão de gelo, em que a suspensão de qualquer uma das reivindicações precedentes é submetida a um passo de congelação simultâneo ao passo de mistura.
10. 10. Um método para preparar um produto contendo uma suspensão de gelo, em que a suspensão de qualquer uma das reivindicações de 1 a 8 é submetida a um passo de congelação depois de misturar. Lisboa, 19 de Abril de 2000

    Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA