發泡組合物及其制備方法

文檔序號：439379閱讀：286來源：國知局

專利名稱：發泡組合物及其制備方法
技術領域：
本發明涉及發泡組合物，具體地講，涉及包含殘留超臨界流體的可溶發泡組合物及其制備方法。
背景技術：
—些常規制備食品(例如卡布奇諾咖啡、奶昔和某些湯)合乎需要包括泡或泡沫。為了適應消費者制備即時食品選擇便利要求的不斷提高，生產商開發了多種即時食品，這些即時食品給予消費者想從與常規制備食品一樣或相似特點的方便即時食品得到的食品。生產商遇到的一個挑戰是如何生產具有合乎需要泡或泡沫的即時食品。制備具有泡沫的即時食品的一種技術是通過使用在液體中沖調時產生泡沫的粉狀發泡組合物。現已用發泡粉末組合物給予多種食品和飲料泡沫或發泡組織。例如，現已用發泡組合物在與水、牛奶或其他適合液體混合時將泡沫或發泡組織給予即時卡布奇諾咖啡和其他混合咖啡、即時清爽混合飲料、即時混合湯、即時混合奶昔、即時甜點糖霜(dessert toppings)、即時沙司、熱或冷麥片粥等。可用于給予泡或泡沫的注氣發泡乳膏(creamer)的一些實例公開于美國專利4，438,147和EP 0 458 310。更近來，美國專利 6,129,943公開了由氣化的碳水化合物與蛋白質和脂混合制成的發泡乳膏。使用這種技術，可消除噴霧干燥前液體乳膏組合物的氣體注入。 EP 0 813 815 Bl公開一種發泡乳膏組合物，所述組合物為注氣發泡乳膏或包含超過20%重量蛋白質的含化學碳酸充氣成分的乳膏。所述粉末有蛋白質、脂和填料作為主要成分，填料尤其為水溶性碳水化合物。為了得到具有勺取能力的攪泡乳膏狀緊密泡沫，需要高含量的蛋白質。另一種發泡組合物描述于美國專利6,713,113，所述專利公開一種包括含碳水化合物、蛋白質和殘留加壓氣體的基質的粉狀可溶發泡成分。然而，含碳水化合物和蛋白質兩者的粉狀成分對非氧化褐變反應敏感，這種反應可不利影響包裝食品的外觀、味道和保存期限。這些復雜化學反應發生在蛋白質和碳水化合物(尤其是還原糖)之間，形成聚合有色物質，聚合有色物質可嚴重使食品變色，并降低食品的味道品質。美國專利申請 /^布2006/0040033和2006/0040034分別描述非碳水化合物發泡組合物和非蛋白質發泡組合物，這些發泡組合物阻止不合乎需要的褐變和削弱味道品質。現有發泡組合物及其制備方法的缺點包括，將氣體引入發泡組合物結構需要較長處理時間，并且由于廢氣和其他物質導致高原料成本。因此，仍需要用于即時食品和飲料產品的發泡組合物，所述發泡組合物在沖調時顯示合乎需要的發泡性質，并且可用合乎需要減少處理時間和原料成本的方法制備。從以下發明實施方案說明可明顯看出本發明提供的這些和其他益處。
發明概述因此，本發明一方面提供一種制備發泡組合物的方法，所述方法包括，使具有至少約10。C臨界溫度的超臨界流體與具有高于環境溫度的玻璃化轉變溫度的顆粒成分在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度接觸，其中顆粒成分包含多個內部空隙；將顆粒成分保持在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度有效時間，以使超臨界流體轉移進入顆粒成分的多個內部空隙；并使溫度降低到低于顆粒成分的玻璃
化轉變溫度，從而使至少一部分超臨界流體殘留在顆粒成分的多個內部空隙中。本發明另一方面提供一種發泡組合物，所述發泡組合物包含具有多個內部空隙的顆粒成分，所述內部空隙包含具有至少約10°C 臨界溫度的殘留超臨界流體。本發明另一方面提供一種由以下方法制備的發泡組合物，所述方法包括，使具有至少約l(TC臨界溫度的超臨界流體與具有高于環境溫度的玻璃化轉變溫度的顆粒成分在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度接觸，其中顆粒成分包含多個內部空隙；將顆粒成分保持在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度有效時間，以使超臨界流體轉移進入顆粒成分的多個內部空隙；并使溫度降低到低于顆粒成分的玻璃化轉變溫度，從而使至少一部分超臨界流體殘留在顆粒成分中。
附圖簡述

圖1為根據本發明一個方面的流程圖；圖2為從實施例1得到的試驗數據編制的代表性時間-溫度-壓力分布圖；并且圖3為顯示在100bar表壓恒壓作為溫度函數的二氧化碳的流體狀態和流體密度的圖。
發明詳述本發明提供包含殘留超臨界流體的發泡組合物和制備食品和飲品所用的該發泡組合物的方法，食品和飲品包括例如即時卡布奇諾咖啡和其他混合咖啡、即時清爽混合飲料、即時混合湯、即時混合奶昔、即時甜點糖霜、即時沙司、熱或冷麥片粥等。通過使超臨界流體殘留在多孔顆粒成分的孔結構內，可制備發泡組合物。本文所用 "孔結構"是指顆粒成分的多個內部空隙，"內部空隙"是指顆粒成分未
7對周圍氣氛開放的封閉內部空隙，也稱為封閉孔。內部空隙、測定內部空隙體積的方法和適用于本發明的內部空隙體積范圍的更詳細說
明提供于美國專利申請7>布2006/0040033 、 2006/0040034和 2006/0040038,各專利通過引用結合到本文中。本發明一方面提供一種制備發泡組合物的方法，所述方法包括，使具有至少約l(TC臨界溫度的超臨界流體與具有高于環境溫度的玻璃化轉變溫度的顆粒成分在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度接觸，其中顆粒成分包含多個內部空隙；將顆粒成分保持在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度有效時間，以使至少一部分超臨界流體轉移進入顆粒成分的多個內部空隙；并使溫度降低到低于顆粒成分的玻璃化轉變溫度，從而使至少一部分超臨界流體殘留在顆粒成分的多個內部空隙中。本發明另一方面提供一種發泡組合物，所述發泡組合物包含具有多個內部空隙的顆粒成分，所述內部空隙包含具有至少約l(TC 臨界溫度的殘留超臨界流體。本發明另一方面通過以下方法制備一種發泡組合物，所述方法包括，使具有至少約10。C臨界溫度的超臨界流體與具有高于環境溫度的玻璃化轉變溫度的顆粒成分在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度接觸，其中顆粒成分包含多個內部空隙；將顆粒成分保持在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度有效時間，以使超臨界流體轉移進入顆粒成分的多個內部空隙；并使溫度降低到低于顆粒成分的玻璃化轉變溫度，從而使至少一部分超臨界流體殘留在顆粒成分中。顆粒成分應可食用，并且具有高于環境溫度(即0。C或更高) 的玻璃化轉變溫度。優選玻璃化轉變溫度為約3(TC至約150°C,更優選約50。C至約13(TC。優選顆粒成分的水分含量(任何超臨界流體殘留在其內部空隙之前和之后兩者)為約0-20%重量，更優選約1-10%,甚至更優選約2-5%。優選顆粒成分的粒徑(任何超臨界流體殘留在其內部空隙之前和之后兩者)為約1-5000微米，優選約5-2000微米，更優選約10-1000微米。顆粒成分可以為多種形式，包括碳水化合物、蛋
白質和/或其混合物。除了碳水化合物和/或蛋白質外，顆粒成分也可任選包含分散的脂肪。適合的碳水化合物包括，例如糖(如葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、甘露糖和麥芽糖)、多元醇(如甘油、丙二醇、聚甘油和聚乙二醇)、糖醇(如山梨糖醇、甘露糖醇、麥芽糖醇、乳糖醇、赤蘚醇和木糖醇)、低聚糖、聚糖、淀粉水解產物(如麥芽糖糊精、葡萄糖漿、玉米糖漿、高麥芽糖糖漿和高果糖糖漿)、膠(如黃原膠、藻酸鹽、角叉菜膠、瓜耳膠、結冷膠、刺槐豆膠和水解膠)、可溶纖維(如菊粉、水解瓜耳膠和聚葡萄糖)、改性淀粉(如可溶于或分散于水的物理或化學改性淀粉)、改性纖維素(如甲基纖維素、羧甲基纖維素和羥丙基曱基纖維素)和/或其混合物。適合的蛋白質包括，例如乳蛋白、豆蛋白、印蛋白、明膠、膠原蛋白、麥蛋白、水解蛋白(如水解明膠、水解膠原蛋白、水解酪蛋白、水解乳清蛋白、水解乳蛋白、水解豆蛋白、水解卵蛋白、水解麥蛋白和氨基酸)和/或其混合物。適合的脂肪包括例如脂肪、油、氫化油、交酯化油、磷脂和衍生自植物、乳品或動物源的脂肪酸及其餾分或混合物。脂肪也可選自蠟、甾醇、甾烷醇、萜烯及其餾分或混合物。任選顆粒成分可實質不含碳水化合物和/或實質不含蛋白質(例如，可溶咖啡粉)。優選實質不含碳水化合物和/或實質不含蛋白質的顆粒成分包括美國專利申請公布2006/0040033、 2006/0040034和 2006/0040038所述的那些顆粒成分。此類顆粒成分的實例與其相應的玻璃化轉變溫度列于以下表l中。本文所用本發明的不含碳水化合物的發泡組合物包含小于約1%碳水化合物，優選小于約0.5%，更優選
合物。本發明的不含蛋白質的發泡組合物包含小于約1%蛋白質，優選小于約0.5%,更優選小于約0.1%。本發明的尤其優選的不含蛋白質的組合物沒有蛋白質。
表1
實質不含蛋白質TgfC)
10 DE麥芽糖糊精65
92%33DE葡萄糖SS74
8%改性的食品淀4分
92% 18DE麥芽糖糊精100
8%改性的食品淀粉
98.5% 33 DE葡萄糖SS68
1%聚山梨醇酯(polysorbate)20
0.5。/。丙二醇藻酸酯(PGA)
82%33DE葡萄糖SS65
8%改性的食品淀粉
10%氫化豆油
實質不含碳水化合物Tg(。C)
水解明膠70
水解酪蛋白酸鈉69
碳水化合物-蛋白質混合物Tg('C)
52%乳糖和33 DE葡萄糖SS61
47%脫脂乳粉
1%磷酸氬二鈉
可溶咖啡Tg('C)
噴霧千燥51
注氣噴霧干燥74
注氣擠出73
冷凍干燥60
組合物表示為％干燥重量基準；SS4唐漿固體；成分組成的精確比例可以變化；Tg可實質改變，并且為組成和水分含量的函數；物理性質可極大變化，并且由制備成分所用加工方法和條件決定；本實例清單為非限制性。優選顆粒成分包括一種成分或成分的混合物，成分的選擇應使發泡組合物結構強得足以保持殘留的超臨界流體。玻璃化轉變溫度(Tg)標志二級相變，其特征是粉末組合物從剛性玻璃狀顆粒固態轉
10變成軟化橡膠狀顆粒固態。軟化橡膠狀顆粒固態明顯不同于液化熔融態(其中所有的加熱顆粒結合成均勻粘性流體)。
一般在處于或高于Tg
的物質中氣體溶解性和擴散速率較高。Tg取決于化學組成和水分含量，一般較低平均分子量和/或較高水分將降低Tg。利用本領域技術人員已知的任何適合方法，可分別通過相應簡單減小或增加粉末的水分含量有意識地使Tg升高或降低。可用已建立的差示掃描量熱法或熱力學分析技術測定Tg。另外的任選成分包括例如人工甜味劑、乳化劑、穩定劑、增稠劑、助流劑、顏料、香味劑、香料等。適合的人工甜味劑包括糖精、環拉酸鹽、丁磺氨、L-天冬氨酰基甜味劑(如天冬甜素)及這些的混合物。適合的乳化劑包括甘油單酯、甘油二酯、卵磷脂、甘油單酯 -二酯的二乙酰基酒石酸酯(DATEM)、硬脂酰乳酰乳酸鹽(stearoyl lactylate)、改性的食品淀粉、聚山梨醇酯(polysorbate)、 PGA、蔗糖酯及其混合物。適合的穩定劑包括磷酸氫二鉀和檸檬酸鈉。適合的助流劑包括例如珪鋁酸鈉(sodium silica aluminate)、二氧化娃和石奔酸三鈣。本發明使用的適合超臨界流體可包括例如超臨界二氧化碳、超臨界一氧化二氮、超臨界稀有氣體(如氙)、超臨界囟化烴(如氟利昂)和超臨界烴(如乙烷、丙烷、丁烷、乙烯等)。超臨界二氧化>^、超臨界一氧化二氮和超臨界稀有氣體是優選的。超臨界流體具有至少
約l(TC的臨界溫度，優選約l(TC至約175°C,更優選約25。C至約 150°C。超臨界流體的臨界壓力優選為約20atm至約100atm,更優選約30atm至約80atm,密度為約0.1g/cc至約1.6g/cc,更優選約0.15g/cc 至約1.4g/cc，最優選約0.2g/cc至約1.2g/cc。臨界溫度低于10。C的超臨界流體(例如，約-147。C臨界溫度的N2)不適合本發明使用。超臨界流體為處在高于其臨界溫度和臨界壓力的溫度和壓力的物質。臨界溫度和臨界壓力組合限定液態停止存在的熱力學臨界點。本文所用超臨界流體是指已達到高于其熱力學臨界點的溫度和壓力的氣體。殘留的超臨界流體是指在多孔顆粒成分的內部空隙中存在的這種超臨界流體。設想根據超臨界流體的臨界溫度和壓力以及顆粒成分的玻璃化轉變溫度，使超臨界流體殘留于顆粒成分孔結構內所需的溫度和壓力可導致超臨界流體在殘留時不再處于超臨界態。例如，在顆粒成分冷卻到低于其玻璃化轉變溫度并且殘留的超臨界流體冷卻到低于其臨界溫度時，可使在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度殘留于多孔顆粒成分內部空隙的超臨界流體隨后轉化成氣體或氣體和液體的混合物。本文所用殘留的超臨界流體也包含此類物質。表
2提供一些適合氣體的近似臨界溫度(。C)、臨界壓力(bar)、臨界密度 (g/cc)和液體密度(g/cc)的公開數據。
表2
《休臨界溫度('c) 臨界壓力臨界密度液體密度
飛伴 'i v ;(bar) (g/cc)在一種形式中，利用超臨界流體連續流經過顆粒床，可通過使超臨界流體殘留在顆粒成分的內部空隙內制備發泡組合物。在加熱的超臨界流體經過顆粒床時通過顆粒成分與超臨界流體直接接觸，可優選使顆粒成分的溫度升高到高于顆粒成分的玻璃化轉變溫度 (Tg)。另外或作為替代，可使用本領域技術人員已知的應用直接或間接加熱的多種方法(例如夾套加熱混合容器、微波加熱、紅外(IR)加熱等)，使顆粒成分的溫度升高到高于Tg。 —旦顆粒成分的溫度升高到高于Tg,就將顆粒成分保持在高于Tg的溫度有效時間，以使至少一部分超臨界流體轉移進入顆
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二一 N3V^:T乙氟氟氟氟氟氟氟A粒成分的多個內部空隙，優選約1分鐘至約30分鐘，更優選約5分鐘至約20分鐘。隨后使顆粒成分的溫度降低到低于顆粒成分的Tg，優選降低到低于Tg至少約l(TC，更優選降低到低于Tg至少約20°C, 最優選降低到低于Tg至少約3(TC。優選在超臨界流體或液體在低于 Tg的溫度經過顆粒床時通過顆粒成分與超臨界流體直接接觸(或更優選與液體接觸)使顆粒成分的溫度降低到低于顆粒成分的Tg。另外或作為替代，可使用本領域技術人員已知的多種方法使顆粒成分的溫度降低到低于Tg。優選使顆粒成分以大于約2°C/min的速率快速冷卻，更優選大于約4°C/min,甚至更優選大于8°C/min,最優選大于約 12°C/min。冷卻速率是指顆粒成分從高于Tg的溫度冷卻到低于Tg至少約l(TC的溫度的平均速率。應認識到，顆粒成分的冷卻速率在冷卻過程中作為顆粒成分的溫度和進入顆粒床的流體的溫度的溫度差的函數改變。優選在整個過程中將壓力保持在或高于超臨界流體的臨界壓力。此方法使超臨界流體殘留于顆粒成分的內部空隙內。優選殘留的超臨界流體占所得發泡組合物的至少約0.5%重量。當作為粉狀或顆粒狀食品或飲品的部分包含發泡組合物時，在用熱水或冷水沖調時快速釋放氣體。在環境條件溶于液體時，發泡組合物優選每克組合物釋放至少約2cc氣體，更優選至少約5cc。在環境溫度，在發泡組合物的內部空隙內殘留的超臨界流體的壓力大于大氣壓(lbar),優選大于5bar,更優選大于10bar,最優選大于20bar。氣體快速釋放提供在外觀上類似于真正卡布奇諾咖啡泡沫的泡沫層。已發現，如上所述制備的發泡組合物提供超過壓力下沒有流體連續流通過容器的靜態系統制備的常規發泡組合物的一些意外優點。更具體地講，我們發現，超臨界流體連續流通過顆粒床使顆粒成分比靜態系統制備的常規發泡組合物更少不合乎需要地附聚。雖然不受理論限制，但我們相信，通過顆粒之間接觸時間減少到最低限度并在初始加熱期間將顆粒成分干燥(尤其是表面吸收的水分)，超臨界流體連續流經過抑制顆粒附聚。我們發現，顆粒附聚使產物具有不合
乎需要的較大平均粒徑(即大于約500nm)、較大泡徑，并且意外地具有相對不良的溶解性。因此，通常必須從制成產物除去附聚的顆粒，這使處理時間較長，并且浪費材料。參考圖1，圖1顯示根據本發明的一個方面允許分批制備發泡組合物的系統。如圖所示，將顆粒成分(如多孔噴霧干燥粉末)裝入壓力容器。在環境溫度將二氧化碳引入容器的底部，直至達到所需壓力(優選大于約20bar,更優選大于約50bar)。一旦達到所需壓力，就引導超臨界二氧化碳連續流通過顆粒成分。在引入容器之前將二氧化碳加熱到高于顆粒成分玻璃化轉變溫度(Tg)的溫度，并將容器中的壓力保持在或高于超臨界二氧化碳的臨界壓力。 —旦容器中顆粒成分的溫度超過Tg,就將溫度保持在或高于那個溫度有效時間，以使至少一部分超臨界流體轉移進入顆粒成分的內部空隙。隨后，通過將30。C或更低溫度的液體二氧化碳或將高
于其臨界點(3rc)但低于顆粒成分玻璃化轉變溫度的超臨界二氧化碳
引入容器，使顆粒成分快速冷卻。通常，引入容器的二氧化碳溫度越低并且二氧化碳引入容器的速率越快，顆粒成分的冷卻速率越快。一旦顆粒成分的溫度低于約4(TC，就可使容器減壓，并將發泡組合物卸出。任選多個壓力容器可串聯和/或在不同工藝階段分離，以允許根據本發明連續或半連續制備發泡組合物。此布置可有益地進一步
減少氣體損失、原料成本和處理時間。在另一種形式中，至少一部分殘留的超臨界流體包含可與加壓氣體接觸的液化氣體。例如，通過使超臨界流體的溫度快速降低到低于臨界溫度并將壓力保持在或高于臨界壓力以使凝縮的液化氣體殘留在顆粒成分的內部空隙內，可完成這一過程。在此情況下，殘留的超臨界流體可占所得發泡組合物更高的重量百分比(優選至少約 1.0%重量)，這允許在發泡組合物沖調時釋放合乎需要更大量的氣體，
14因為在顆粒成分沖調時殘留的液化氣體快速轉變成氣體。在另一種形式中，可在超臨界流體中加入一種或多種可溶
添加劑，包括例如揮發性香味或香氣成分、水、增塑劑、植物提取物、營養物和/或維生素。因此，至少一部分可溶添加劑也與超臨界流體一起殘留于顆粒成分的內部空隙內。例如，在一種形式中，在用液體沖調時，除了釋放氣體和提供泡沫層外，發泡組合物也可合乎需要地發
出香味和/或香氣。在一種形式中，香味和/或香氣成分包括能夠部分或全部分配、溶解或分散進入超臨界流體的香味或香氣成分的揮發性液體或固體組分。可為天然或合成來源的揮發性、超臨界流體可溶性香味或香氣成分優選包括至少一種在純態25。C和大氣壓主要為液體或固體的超臨界流體可溶性或超臨界流體溶混性氣味活性揮發化學成分。它優選具有低于30(TC沸點，更優選低于200。C,最優選低于15(TC。本文
所用沸點是指揮發性超臨界流體可溶性香味或香氣成分在大氣壓蒸發或熱分解所處的溫度。氣味活性是指能夠通過嗅覺感覺的香味或香氣成分的任何揮發性液體或固體成分。適合揮發性超臨界流體可溶性香味和香氣成分可包括但不限于香草醛、樟烯、苯甲酸芐酯、肉桂醛、癸酸乙酯、癸醛、2-庚基呋喃、乙酸壬酯、辛酸乙酯、芳樟醇、1-辛醇、乙酸庚酯、苯曱醛、d-檸檬烯、己酸乙酯、月桂烯、庚醛、2-庚酮、戊酸甲酯、2-乙基呋喃、2,3-丁二酮及其混合物。
實施例以下實施例進一步說明本發明的不同特征，^旦這些實施例不是要限制本發明的范圍，本發明的范圍如附加權利要求闡明。除非另外提到，所有百分比和比率均以重量計。在本說明書中提到的所有參考文獻均通過引用結合到本文中。
實施例1
15
以下實施例用150mL熱(88。C)水在65mm內徑的250mL 燒杯中沖調即時混合卡布奇諾咖啡說明本發明的益處。根據以下步驟制備發泡組合物。首先向2L不銹鋼壓力容器裝入300g多孔噴霧干燥粉末(具有130pm平均粒徑(D50),通過激光衍射測定，0%〉50(Him)，粉末包含多個內部空隙，由92%麥芽糖糊精和8%辛烯基琥珀酸鈉取代的淀粉(干燥重量)組成。這種不含蛋白質的碳水化合物粉末的玻璃化轉變溫度(Tg)為約IO(TC，內部空隙體積為約70%體積。在環境溫度(約22。C)將二氧化碳氣體引入容器的底部并壓縮，直至容器中的壓力達到57bar表壓。將另外量的二氧化碳氣體逐漸加熱到約129。C最高溫度(高于其臨界溫度)，并引入容器的底部，直至容器中的壓力達到102bar表壓(高于74bar臨界壓力)。在這些加熱和壓縮條件下，二氧化碳從氣體轉變成超臨界流體。 —旦壓力達到102bar表壓，即開始以約10L/h速率使超臨界二氧化碳連續流通過粉末床，速率在高壓泵的出口測量。應注意到，二氧化碳在引入容器之前加熱到高于粉末Tg的溫度，并且在容器中的壓力保持在約102bar表壓(高于74bar臨界壓力)。 —旦容器中粉末的溫度超過Tg,將粉末保持在那個溫度
約io分鐘。在此實施例中，為容器加壓和將粉末加熱到iorc(接近
容器底部測量)所需的時間為30分鐘。然后，通過將約4(TC超臨界二氧化碳以約10L/h速率引入容器，使粉末在102bar表壓快速冷卻到低于Tg的溫度。參考圖2，在此實施例中，冷卻和減壓(達到約40。C和Obar表壓)總共需要41分鐘；接近容器底部測量，粉末從105。C冷卻到7rC的時間為3分鐘，從105。C冷卻到45。C的時間為7分鐘。這等同于從高于Tg的溫度到低于Tg約30。C的溫度的平均冷卻速率大于約lrC/min，因此，從高于Tg的溫度到低于Tg約l(TC的溫度的平均冷卻速率大于約 lrC/min。參考圖2,粉末冷卻比粉末加熱快得多，因為使粉末冷卻所用的較低溫度(約40。C)超臨界二氧化碳具有大于加熱粉末所用較高溫度(高于粉末Tg)超臨界二氧化碳的密度(約0.65g/cc)和熱容量。參考圖3,在加熱和冷卻期間達到的兩種溫度和中間溫度的超臨界流體具有有利大于環境溫度氣體二氧化碳的密度和熱容量。一旦粉末溫度達到約40。C，就使容器減壓，并將粉末卸出。在將3g包含殘留超臨界二氧化碳的此發泡組合物加入到 ll.5g包含可溶咖啡、常規發泡乳膏粉末和糖的即時混合卡布奇諾咖啡并如上所述沖調時，泡沫高度(在液體表面和泡沫頂部之間測量)超過30mm。相比之下，不加加壓粉末產生的泡沫高度為約10mm。用泡沫密度和增量泡沫體積知識估計發泡組合物釋放的氣體的量(校正為室溫和室壓)為在環境溫度(25。C)和壓力每克粉末至少約15cc,相當于至少約2.7%重量估計氣體含量。發泡組合物具有約18%體積內部空隙體積，相當于約0.16cc/g測量內部空隙體積。這些數據表明，如果在冷卻到環境室溫時所有的殘留超臨界二氧化碳作為氣體存在于發泡組合物的內部空隙內，則內部空隙內的估計氣體壓力(在25°C 95bar,在20°C 93bar，在l(TC 90bar,在0°C 87bar)將明顯超過與液體二氧化碳接觸的二氧化碳氣體的已知飽和蒸氣壓限度(在25°C 64bar,在20°C 57bar,在10°C 45bar,在0°C 35bar)。這一發現表明，足以防止超過飽和蒸氣壓限度的氣壓形成的相當部分殘留超臨界二氧化碳在冷卻期間在發泡組合物的內部空隙內凝縮成液態。因此，這表明氣體二氧化碳和液化二氧化碳的混合物存在于冷卻發泡組合物的內部空隙內，即使在發泡組合物的固相中可能溶解小部分二氧化碳時。得到這一有利結果是因為，通過在容器減壓之前使粉末冷卻到低于Tg的溫度和使粉末冷卻到低于臨界溫度的溫度(冷卻到環境溫度)，有意識地使超臨界二氧化碳在極大超過臨界溫度(31 。C) 和臨界壓力(74bar)的溫度(Tg:約100。C)和壓力(約102bar)殘留在粉末的內部空隙內。通過發泡組合物氣體含量(15cc/g)除以內部空隙體積 (0.16cc/g),然后將得到的94大氣壓氣體壓力轉化成bar單位(l大氣壓等于1.0B2Sbar)，估計出在25°C內部空隙內的95bar氣體壓力。通過應用理想氣體定律得到對較低溫度列出的估計氣體壓力。然而，估計方法不必確定在冷卻發泡組合物的內部空隙內存在氣體二氧化碳和液化二氧化碳的混合物，因為根據已建立的理論，在殘留的超臨界流體冷卻到恰好低于臨界溫度的溫度時，一部分凝縮，在恰好低于臨界壓力的壓力提供與飽和蒸氣(氣體)相平衡接觸的液相。在發泡組合物進一步冷卻到較低溫度時，隨著氣相的增加部分凝縮以增加液相在平衡混合物中的比例，內部空隙飽和蒸氣壓降低。在作為溫度的函數繪制壓力曲線圖時，此冷卻過程一般跟蹤二氧化碳相圖的充分建立的氣-液相界。通常，在冷卻到恰好低于臨界溫度的溫度之前，在發泡組合物內部空隙內殘留的超臨界流體的壓力越高，凝縮成與飽和蒸氣平衡的液體的部分越大，溫度進一步降低到低于臨界溫度越多，飽和蒸氣凝縮成液體的部分越大。因此，使用相對較高超臨界流體壓力一般在低于臨界溫度的溫度在冷卻發泡組合物內部空隙內提供相對較大部分與氣體二氧化碳平衡的殘留液化二氧化碳。
實施例2以下實施例說明本發明的連續流系統與抑制不合乎需要顆粒附聚相關超過靜態系統的優點。根據以上實施例1所述步驟制備第一發泡組合物(樣品1)，其中引導超臨界二氧化碳連續流進入容器底部，以加熱和冷卻4分末。在封閉或靜態系統中制備三種對照發泡組合物(樣品2-4)。在各對照樣品中，將實施例1的多孔噴霧干燥粉末和超臨界二氧化碳加入夾套加熱容器中。通過用來自加壓鋼瓶的二氧化碳填充容器，將各容器中的起始壓力調節到36和64bar之間。然后將容器密封并加熱，直到溫度高于粉末的玻璃化轉變溫度。各容器中的最大壓力為 101bar(樣品2)、 88bar(樣品3)和50bar(樣品4)。
所有四個樣品的附聚度由過篩測定為〉500^im[粒徑]產物的百分比。結果顯示于以下表3中。根據本發明在連續流系統中制備的樣品1有利地有效具有0°/。的>500|^1產物。比較起來，在封閉或靜態系統中制備的樣品2-4分別具有40%、 50%和40y。的〉500pm產物。因此，觀察到連續流系統有利地抑制顆粒附聚。
表3
樣品最大壓力(bar)溫度連續流/靜態附聚度(％, >500拜產物)
1102>Tg連續流0
2101>Tg靜態40
388>Tg靜態50
450>Tg靜態50
實施例3以下實施例用200mL熱(88。C)水在65mm內徑的250mL 燒杯中沖調即時咖啡粉和即時混合卡布奇諾咖啡說明本發明的益處。根據以下步驟制備發泡組合物。首先向8L不銹鋼壓力容器裝入1200g包含多個內部空隙的多孔噴霧干燥可溶咖啡粉(具有 192pm平均粒徑(D50)，通過激光衍射測定，0%>500^im)。這種可溶咖啡粉的玻璃化轉變溫度(Tg)為約60°C,內部空隙體積為約55%體積。在環境溫度(約22。C)將二氧化碳氣體引入容器的底部并壓縮，直至容器中的壓力達到55bar表壓。將另外量的二氧化碳氣體逐漸加熱到約 85。C最高溫度(高于其臨界溫度)，并引入容器的底部，直至容器中的壓力達到100bar表壓(高于74bar臨界壓力)。在這些加熱和壓縮條件下，二氧化碳從氣體轉變成超臨界流體。 —旦壓力達到100bar表壓，即開始以約10L/h速率(在高壓泵的出口測量)使超臨界二氧化碳連續流通過粉末床。二氧化碳在引入容器之前加熱到高于粉末Tg的溫度，并且在容器中的壓力保持在約100bar表壓(高于74bar臨界壓力)。 —旦容器中粉末的溫度超過Tg，將粉末保持在那個溫度
19約10分鐘。在此實施例中，為容器加壓和將粉末加熱到6(TC溫度(接近容器出口測量)所需的時間為50分鐘。由于存在較大量粉末和本實施例中相對于二氧化碳流速的較大壓力容器尺寸，在本實施例中將粉末加熱到高于玻璃化轉變溫度的溫度所需的時間長于實施例1中所需的時間。由于實際考慮，測量溫度所在的位置也不同于實施例1中的位置。通過調節超臨界二氧化碳進入容器的溫度和/或流速，本領域的技術人員可很容易改變將粉末加熱到高于玻璃化轉變溫度所需的時間。在容器減壓后，將分離器排空，并注意到存在約1.3g非常芳香的棕色含水物質。雖然不受理論限制，但相信此物質包含水和從可溶咖啡粉表面提取的芳香成分。參考圖1,分離器包括加壓槽，來自含可溶咖啡粉的容器的二氧化碳流通入此加壓槽。由于分離器中的壓力和溫度保持在二氧化碳能夠以液態和氣態兩種狀態存在的壓力和溫度，因此，進入分離器的二氧化碳分離成液體部分(在分離器底部收集)和氣體部分，將氣體部分從分離器頂部抽出，隨后凝縮，加熱，然后通過含可溶咖啡粉的容器。進入分離器的二氧化碳流中存在的可溶于液體二氧化碳但不可溶于氣體二氧化碳的任何組分保留在分離器中。然后，通過將低至30。C溫度的冷卻二氧化碳流以約10L/h 速率引入容器，使粉末在100bar表壓快速冷卻到低于Tg的溫度。在
此實施例中，將二氧化碳冷卻到低于3rc二氧化碳的臨界溫度，因此
使二氧化碳從超臨界流體轉變成液體形式。參考圖3,這有利地相對于使用相同壓力(但在高于臨界溫度的溫度)超臨界二氧化碳增加粉末的冷卻速率，這是由于流體和粉末之間的溫差增加，也是由于在相同壓力和30。C液體二氧化碳具有高于相同壓力(但在高于臨界溫度的溫度)超臨界二氧化碳的密度(約0.77g/cc)和熱容量。參考圖3,用于加熱和冷卻兩者的二氧化碳具有有利大于環境溫度氣體二氧化碳的密度和熱容量。一旦粉末溫度達到約35°C,就使容器減壓，并將粉末卸出。在此實施例中，使粉末從60.7。C溫度(高于Tg)冷卻到49.8。C(低于Tg) 所需的時間恰好為5分鐘，使容器冷卻和減壓(減至Obar表壓)所需的時間為26分鐘。在將3g包含殘留超臨界二氧化碳的此發泡組合物加入到 8.0g包含常規發泡乳膏粉末和糖的即時混合卡布奇諾咖啡并如上所述沖調時，泡沫高度(在液體表面和泡沫頂部之間測量)超過18mm。相比之下，不加加壓粉末產生的泡沫高度為約8mm。同樣，在3g包含殘留超臨界二氧化碳的發泡組合物沖調(不加任何其他成分)提供即時咖啡飲料時，泡沫的高度(在液體表面和泡沫頂部之間測量)超過 10mm。相比之下，在未加壓可溶咖啡粉(沒有殘留的超臨界二氧化碳) 沖調時產生的泡沫高度恰好為1.5mm。用泡沫密度和增量泡沫體積知識估計發泡組合物釋放的氣體的量(校正為室溫和室壓)為在環境溫度 (25。C)和壓力每克粉末至少約7cc，相當于至少約1.2%重量估計氣體含量。發泡組合物具有約9%體積內部空隙體積，相當于約0.07cc/g 測量內部空隙體積。在為了測定冷卻發泡組合物內部空隙內存在的殘留超臨界流體的壓力如實施例1運用相同計算時，數據表明在本實施例中粉末的內部空隙內存在氣體二氧化碳和液化二氧化碳的混合物，存在的液化二氧化碳的比例比構成實施例1發泡組合物的粉末內部空隙中略大。
2權利要求
1.一種制備發泡組合物的方法，所述方法包括使具有至少約10℃臨界溫度的超臨界流體與具有高于環境溫度的玻璃化轉變溫度的顆粒成分在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度接觸，其中顆粒成分包含多個內部空隙；將顆粒成分保持在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度有效時間，以使超臨界流體轉移進入顆粒成分的多個內部空隙；并且使溫度降低到低于顆粒成分的玻璃化轉變溫度，從而使至少一部分超臨界流體殘留在顆粒成分的多個內部空隙中。
2. 權利要求l的方法，所述方法進一步包括升高超臨界流體的溫度，以使顆粒成分的溫度升高到高于顆粒成分的玻璃化轉變溫度；并且降低超臨界流體的溫度，以使顆粒成分的溫度降低到低于顆粒成分的玻璃化轉變溫度。
3. 權利要求l的方法，所述方法進一步包括使顆粒成分與超臨界流體連續流接觸。
4. 權利要求l的方法，其中超臨界流體包括二氧化碳、一氧化二氮、稀有氣體、卣化烴和烴的至少一種。
5. 權利要求l的方法，其中超臨界流體具有約0.1g/cc至約1.6g/cc 的密度。
6. 權利要求1的方法，其中殘留的超臨界流體占發泡組合物的至少約0.5%重量。
7. 權利要求1的方法，其中至少一部分殘留的超臨界流體包括液化氣體。
8. 權利要求1的方法，所述方法進一步包括加入至少一種可溶于超臨界流體的添加劑。
9. 權利要求1的方法，其中顆粒成分包括實質不含碳水化合物的粉末、實質不含蛋白質的粉末和可溶咖啡粉末的至少一種。
10. —種發泡組合物，所述發泡組合物包含具有多個內部空隙的顆粒成分，所述內部空隙包含具有至少約 10°C臨界溫度的殘留超臨界流體。
11. 權利要求10的發泡組合物，其中超臨界流體包括二氧化碳、一氧化二氮、稀有氣體、卣化烴和烴的至少一種。
12. 權利要求10的發泡組合物，其中超臨界流體具有約0.1g/cc 至約1.6g/cc的密度。
13. 權利要求10的發泡組合物，其中殘留的超臨界流體占發泡組合物的至少約0.5%重量。
14. 權利要求10的發泡組合物，其中至少一部分殘留的超臨界流體包括液化氣體。
15. 權利要求10的發泡組合物，其中在超臨界流體中加入至少一種可;容性添加劑。
16. 權利要求10的發泡組合物，其中顆粒成分具有至少約30°C 的玻璃化轉變溫度，并且包括實質不含碳水化合物的粉末、實質不含蛋白質的粉末和可溶咖啡粉末的至少一種。
17. —種發泡組合物，所述發泡組合物通過包括以下步驟的方法制備使具有至少約10。C臨界溫度的超臨界流體與具有高于環境溫度的玻璃化轉變溫度的顆粒成分在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度接觸，其中顆粒成分包含多個內部空隙；將顆粒成分保持在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度有效時間，以使超臨界流體轉移進入顆粒成分的多個內部空隙；并且使溫度降低到低于顆粒成分的玻璃化轉變溫度，從而使至少一部分超臨界流體殘留在顆粒成分中。
18. 權利要求17的發泡組合物，其中所述方法進一步包括升高超臨界流體的溫度，以使顆粒成分的溫度升高到高于顆粒成分的玻璃化轉變溫度；并且降低超臨界流體的溫度，以使顆粒成分的溫度降低到低于顆粒成分的玻璃化轉變溫度。
19. 權利要求17的發泡組合物，其中所述方法進一步包括使顆粒成分與超臨界流體連續流接觸。
20. 權利要求17的發泡組合物，其中超臨界流體包括二氧化碳、一氧化二氮、稀有氣體、卣化烴和烴的至少一種。
21. 權利要求17的發泡組合物，其中超臨界流體具有約0.1g/cc 至約1.6g/cc的密度。
22. 權利要求17的發泡組合物，其中殘留的超臨界流體占發泡組合物的至少約0.5%重量。
23. 權利要求17的發泡組合物，其中至少一部分殘留的超臨界流體包括液化氣體。
24. 權利要求17的發泡組合物，其中在超臨界流體中加入至少一種可溶性添加劑。
25. 權利要求17的發泡組合物，其中顆粒成分包括實質不含碳水化合物的粉末、實質不含蛋白質的粉末和可溶咖啡粉末的至少一種。
全文摘要
本發明提供一種發泡組合物，所述發泡組合物包含具有多個內部空隙的顆粒成分，所述內部空隙包含具有至少約10℃臨界溫度的殘留超臨界流體。另外，本發明還提供一種制備此發泡組合物的方法。使具有至少約10℃臨界溫度的超臨界流體與具有高于環境溫度的玻璃化轉變溫度的顆粒成分在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度接觸，其中顆粒成分包含多個內部空隙。將顆粒成分保持在高于顆粒成分玻璃化轉變溫度的溫度有效時間，以使超臨界流體轉移進入顆粒成分的多個內部空隙。隨后，使溫度降低到低于顆粒成分的玻璃化轉變溫度，從而使至少一部分超臨界流體殘留在顆粒成分的多個內部空隙中。
文檔編號A23C11/00GK101578050SQ200780048997
公開日2009年11月11日申請日期2007年11月26日優先權日2006年12月29日
發明者B·L·策勒, P·J·奧克斯福德, S·切里亞利, T·P·伊米森申請人:卡夫食品環球品牌有限責任公司

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