專利名稱：冷凍食品的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及冷凍食品，例如冷凍甜食比如冰淇淋。
背景技術：
自從Nancy Johnson在1846年發明了手動曲柄冷凍機以來，基本上采用相同的方法來制備冰淇淋。圖1顯示典型的商用冰淇淋桶式冷凍機10的示意圖。典型的程序中，具有幾個刮刀12和攪拌器(dasher)14的刮刀-攪拌器組件繞其軸在冷凍管15內部轉動。該方法中，將冰淇淋前體(例如，奶油)通過攪拌器14和冷凍管15之間的環形空間16。空氣被注入到桶式冷凍機內使得其被加入到奶油中。奶油在所述管的壁18上冷凍以形成冰淇淋，并且被刮刀12從壁上刮下。冰晶的大小和冰淇淋的稠度受刮刀速度和刮刀與壁之間空隙的影響。由于希望是小晶體(對于較高質量的奶油冰淇淋)，刀片和壁之間的空隙必需小。結合攪拌器上較大的力，這可使得所述系統有些昂貴。
此外，在一些條件下，從冷凍管壁上刮下的晶體可在環狀體積內的混合物中生長(例如，由于差的溫度控制)，并且這種作用可降低存在于桶式冷凍機中的冰淇淋質量。存在于桶式冷凍機中的冰淇淋典型地具有軟冰淇淋的稠度，其中冰淇淋中約50％的水處于冷凍狀態。隨后，冷卻冰淇淋，例如將冰淇淋通過氣流冷氣機進行制冷以使混合物溫度降低到例如低于約-25℃，以阻止冰淇淋內的晶體生長過程。在該過程中，冰淇淋通常硬化。
在桶式冷凍機內處理冰淇淋之后，還有可用于后處理和冷卻(例如低于-25℃)冰淇淋的連續-供料、螺旋驅動(auger-driven)的熱交換器。這些系統典型地物理性地破壞冰淇淋內的冰晶，甚至進一步導致更奶油化(creamier)的(和更希望的)冰淇淋。由于這些設備中通常需要高剪切力，并且通過這個過程引起冰淇淋的有效粘度增加，這些系統通常消費大量的電力，并且相對復雜并且構建和維護較昂貴。
自從發明冰淇淋以來，其生產的相對一致性提供了修改或改進這種方法以及冰淇淋和其他冷凍食品例如冷凍甜食的空間。
發明內容
本發明一般涉及冷凍食品，例如冷凍甜食比如冰淇淋。在一些情況下，本發明的主題涉及相關的產品、特定問題的替代解決方案、和/或一種或多種系統和/或制品(article)的多種不同用途。
通常，本發明提供冷凍食品，該食品具有被消費時可覺察的吸引人和/或不尋常品質，其是令人愉快的和/或吸引人的。例如，可生產和/或包裝所述產品使得具有被消費時可察覺的碳酸化度(二氧化碳含量)，所述產品被消費時釋放的二氧化碳氣體存在“觸覺(tanginess)”和/或其他感覺形式，其有時與碳酸飲料的消費相關。本發明的其它方面提供生產的和/或包裝的產品，以具有非常輕的、“蓬松”稠度或形式，與細分的“粉狀”雪花相似。在此方面，該產品具有大于(密度低于)典型相似食品的空隙體積分數。本發明的另一個方面提供制備這些和其它食品的一系列獨特方法。所述方法的特征在于如下特征中的一個或多個通過近來應用的實現這些產品的技術良好地混合產品前體、通過載體流體(例如二氧化碳或當充分暴露于普通室溫和壓力下時變成氣體的其它物質)的膨脹和/或相變，以及其它的技術冷凍產品。
本發明的一個方面涉及碳酸化冰淇淋產品(ice cream product)。例如，在一個實施方案中，本發明涉及碳酸化冰淇淋。
本發明的另一個方面涉及一種制品。例如，在一系列實施方案中，所述制品包括食品，該食品通過在向食品和CO2混合物施加壓力梯度期間CO2的相變和/或膨脹來冷凍。在一些情況下，冷凍食品還可包含在人消費冷凍食品時人可察覺量的二氧化碳。當充分暴露于環境溫度和壓力下，在一些情況下食品可被融化成基本上液體狀態。
在另一系列實施方案中，所述制品包括包含平均橫截面尺寸小于約500微米顆粒的食品。在一些情況下，所述食品可包含人消費該食品時人可察覺量的CO2。根據另一系列的實施方案，所述制品包括有效熱導率在約0.05W/mK到約5W/mK之間的冷凍食品。
根據另一系列的實施方案，所述制品包括容器，該容器被加壓到大于約2個大氣壓(絕對)的壓力。所述容器可包含冷凍甜食或其它的食品。在又一系列的實施方案中，所述制品可包含在壓力大于2個大氣壓(絕對)時包裝的冰淇淋產品，或其它的食品。所述冰淇淋產品或其它食品可包括人消費該食品時可察覺量的CO2。根據另一系列的實施方案，所述制品包括冷凍食品，該冷凍食品包含人消費該冷凍食品時可察覺量的固體CO2。
本發明的又一方面涉及一種設備。在一個系列實施方案中，所述設備包括冰淇淋產品混合物的源、CO2源、與冰淇淋混合物源進流體連接的第一噴嘴、所述第一個噴嘴可噴灑進去的第一室、與第一室出口流體連接的第二噴嘴和所述第二噴嘴可噴灑進去的第二室，其中所述第一室與CO2源流體連接。
在另一個方面，本發明是制備食品例如冷凍食品的方法。在一系列實施方案中，所述方法包括至少使CO2和/或食品通過第一噴嘴以產生CO2和食品混合物的過程，其中所述混合物包含至少一種由離散區形成的不連續相，以及在在混合物中產生壓力梯度的條件下使CO2和食品的混合物通過第二噴嘴的過程，其中所述壓力梯度至少足夠引起至少部分混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分食品的CO2膨脹。
在另一系列的實施方案中，所述方法包括至少使制冷劑和/或食品通過第一噴嘴以產生制冷劑和食品混合物的過程，其中所述制冷劑在環境溫度和壓力下是氣體，以及通過至少足夠引起至少部分混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分食品的制冷劑膨脹的壓力梯度，來使制冷劑與食品的混合物體積膨脹的過程。
在又一系列的實施方案中，所述方法包括形成至少包含CO2和食品的混合物的過程，其中所述混合物包含至少一種包含CO2的不連續相并具有小于約1mm的平均橫截面尺寸，以及在混合物中產生壓力梯度的條件下，將CO2和食品的混合物通過噴嘴的過程，所述壓力梯度至少足夠引起至少部分混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分食品的CO2膨脹。
在又一系列的實施方案中，所述方法包括形成至少包含CO2和食品的混合物的過程，其中所述食品存在于混合物中作為一種或多種不連續相，其中混合物中所述一種或多種不連續相的每一個由平均橫截面尺寸小于約1mm的離散區組成，以及在混合物中產生壓力梯度的條件下，將CO2和食品的混合物通過噴嘴的過程，所述壓力梯度至少足夠引起至少部分混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分食品的CO2膨脹。
根據又一系列的實施方案，所述方法包括形成至少包含CO2和食品的混合物的過程，其中所述混合物包含至少一種由離散區形成的不連續相，以及在混合物中產生壓力梯度的條件下，將CO2和食品的混合物通過噴嘴的過程，所述壓力梯度至少足夠引起至少部分混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分食品的CO2膨脹。在一些情況下，在通過所述噴嘴之前，所述混合物的不連續相由平均橫截面尺寸不超過約200％噴嘴最小橫截面尺寸的離散區形成。
在又一系列的實施方案中，所述方法包括形成至少包含CO2和食品的混合物的過程，以至少足夠引起至少部分混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分食品的CO2膨脹的速率，降低混合物上的壓力的過程，以及將所述食品放置在容器內的過程。在一些情況下，選擇所述容器的溫度和壓力使得該容器可用于傳送食品到消費者，使得在人消費時，在食品中存在人可察覺的二氧化碳水平。
在又一系列的實施方案中，所述方法包括形成至少包含CO2和食品的混合物的過程，其中所述混合物包含不連續相，以及在混合物中產生至少足夠冷凍混合物中至少部分CO2的壓力梯度條件下，將CO2和食品的混合物通過噴嘴的過程。
一方面，本發明涉及用制冷劑冷卻食品以形成冷凍食品的方法。在一些情況下，當被人消費時，所述冷凍食品包含至少400ppm的制冷劑。
另一方面，所述方法包括將包含至少液體CO2和冰淇淋產品混合物的混合物膨脹到至少足夠冷凍至少部分冰淇淋產品的體積的過程。另一方面，所述方法包括將液體CO2引入到冰淇淋混合物中以產生碳酸化冰淇淋產品的過程。
又一方面，本發明是包括使CO2和冰淇淋產品混合物通過第一噴嘴以產生乳化流體，以及使乳化流體通過第二噴嘴的過程的方法。
另一方面，本發明涉及實施本文描述的一個或多個實施方案例如以產生冷凍食品例如冷凍甜食如碳酸化冷凍甜食的方法。另一方面，本發明涉及利用本文描述的一個或多個實施方案例如以產生冷凍食品例如冷凍甜食例如碳酸化冷凍甜食的方法。
當結合附圖考慮時，通過本發明的多種非限定性實施方案的下述詳細描述，本發明的其它優點和新的特征將變得明顯。在本發明的說明書和引入作為參考的文件中包括抵觸和/或不一致的公開內容的情況下，將對照本說明書。如果兩個或多個引入作為參考的文件彼此包括抵觸和/或不一致的公開內容，然后將對照有效期較晚的文本。
參照附圖通過實施例來描述本發明的非限定性實施方案，所述附圖是示例性的并且不是按比例畫出的。在圖中，通常以單一數字表示所圖示的每個相同或基本相同的部分。為了清楚，不是每個部分都標記在每個圖中，本發明的每個實施方案的每個部分也不是都被表示出來，如果這種表示對本領域技術人員理解本發明而言是不必要的話。在圖中圖1舉例說明商用冰淇淋桶式冷凍機；圖2舉例說明根據本發明的一個實施方案生產冰淇淋的方法；圖3舉例說明本發明實施方案的設備，可用于生產冷凍甜食或其它冷凍食品；圖4舉例說明本發明另一個實施方案的設備，可用于生產冷凍甜食或其它冷凍食品；和圖5舉例說明本發明又一實施方案的設備，可用于生產冷凍甜食或其它冷凍食品。
具體實施例方式
本發明一般涉及冷凍食品，例如冷凍甜食如冰淇淋，以及制備食品的方法，所述食品均如上述發明內容中一般所限定和在此所討論。本發明的一個方面涉及碳酸化冷凍甜食和其它碳酸化冷凍食品。本發明的另一個方面涉及制備冷凍食品例如碳酸化冷凍甜食和其它食品的方法，以及冷凍其它流體例如水的方法。例如，在冷凍甜食混合之前或期間，可將二氧化碳(CO2)引入到所述食混合物中來制備碳酸化冷凍甜食。本發明的又一方面涉及具有平滑稠度的冷凍食品例如冰淇淋和類似的冷凍甜食。本發明的其它方面涉及制備這樣的冷凍食品的設備、促銷這樣的冷凍食品的方法等等。
本發明的又一另外方面涉及通過將流體例如制冷劑引入到甜食混合物(dessert mix)或食品中冷卻甜食混合物和其它的食品來冷卻和/或冷凍所述甜食混合物和/或食品。至少部分所述流體(其可包括在大氣壓和環境溫度條件下是氣體的一種流體)還可被引入到冷凍甜食或其它食品中。
例如，在本發明的一個實施方案中，諸如CO2的流體與諸如冰淇淋混合物的甜食混合物(其可包括甜食的一些或基本上所有成分，除了通過處理引入到混合物中的CO2)混合以形成混合物，例如通過噴嘴或管口將甜食混合噴灑到CO2中(即從相對較高壓區到相對較低壓區)、通過噴嘴或注孔將甜食混合物噴灑到CO2中、通過混合CO2和甜食混合物并促使所述混合物通過噴嘴或注孔等。隨后，在由于CO2相變和/或膨脹而冷凍所述甜食混合物(部分或全部)并在第二噴灑步驟中冷卻的條件下，可通過第二個噴嘴(或促使通過第二個注孔)將所述混合物從壓力相對較高的區域向壓力相對較低的區域噴灑。所述CO2可冷卻和/或冷凍甜食混合物(，然后可從冷凍甜食中分離(即CO2可蒸發或升華)、和/或一些或全部CO2本身可冷凍并被結合到冷凍甜食中。例如，CO2可以固體顆粒的形式混合在冷凍甜食中，和/或一些或全部CO2可與固體(冷凍)顆粒形式的冷凍甜食共固化，包括一些冷凍甜食混合物和一些CO2。
在一些或全部CO2被包含在冷凍甜食(例如作為固體)的情況中，所得的冷凍甜食被“碳酸化”，即具有下面更全面描述的某些獨特的可食用特征。此外，在一些情況下，冷凍甜食可被儲藏在維持一些或全部“碳酸化作用”直到冷凍甜食被消費的條件下(例如，控制溫度、壓力或二者組合)。上述簡要描述的過程不希望是限制性的，并且下面將更詳細地描述該過程和其他過程，使得根據全部公開內容，本領域技術人員可容易地挑選適于實施本文描述的任何實施方案的裝置和條件。
現在描述的一系列定義、參數、和其它條件，以有助于更好的理解本發明。本文所用的“冷凍食物”或“冷凍食品”是當該食物仍然是冷凍、固體狀態時通常還適于吃的食物。因此，“冷凍食物”不包括以冷凍狀態儲藏，但在冷凍狀態時通常適于吃的食物。冷凍食品還可區分于其它食品之處在于，在充分暴露于環境溫度和壓力下的空氣(即25℃和1atm)時，冷凍食品融化以形成基本上液體或氣體狀態。冷凍食品的一個非限定性實例是冷凍甜食。
本文所用的“冷凍甜食”是當甜食接近或低于水的冰點(0℃)時典型地適于和可食用的甜食。冷凍甜食的非限定性實例包括冰淇淋、凍果汁露、果汁冰糕、冰乳、冷凍乳蛋糕、冷凍酸乳酪(或“froyo”)意式冰淇淋、法式冰淇淋、法式蛋黃奶油冰淇淋(french custard ice cream)、冷凍麥芽奶、冷凍奶昔等等。(應當注意，當用于本文時，相關多種甜食的術語例如“凍果汁露”和“意式冰淇淋”是它們的普通和傳統的美國定義。)通常由制備并冷凍至低于水的冰點以下的溫度的甜食混合物來制備冷凍甜食。所述甜食混合物可包含多種成分，例如奶、甜味劑(例如玉米糖漿、糖等)、雞蛋、調味劑、乳化劑(例如蛋黃、甘油一酸酯、甘油二酸酯、聚山梨醇酯80等)、穩定劑(例如瓜耳膠、角叉菜膠等)等等，這取決于由甜食混合物制備的冷凍甜食的類型，并且對本領域技術人員而言容易確認。
還可根據存在的奶、甜味劑、雞蛋等的量對冷凍甜食分類。在一些情況下，冷凍甜食內不存在奶。在另外的情況下，如果冷凍甜食包含奶或其它乳制品，或奶替代物例如豆奶或不含乳糖的奶，冷凍甜食可被分類為“冰淇淋產品”。冰淇淋產品的實例包括但不限于冰淇淋、冰乳、冷凍乳蛋糕、、凍果汁露、mellorine、冷凍酸乳酪、冷凍麥芽奶、冷凍奶昔或意式冰淇淋。乳脂高于約10％冰淇淋產品可被分類為“冰淇淋”，而冰乳或凍果汁露的乳脂可少于約10％。冷凍乳蛋糕還可具有高于約10％的乳脂和至少1.4％的蛋黃。
當然，冰淇淋產品或其它冷凍食品或冷凍甜食還可包含多種添加劑，例如，調味劑、甜味劑、穩定劑、乳化劑、堅果、巧克力、漿果等。本領域技術人員能鑒別上述食品，例如冰淇淋、冰淇淋產品、冷凍甜食和其它冷凍食品，例如，如Title 21 of the U.S.Code of FederalRegulations中所定義，美國食品和藥品監督管理局發布，和/或如各個州的法令和規章等中所定義。
在一些情況下，冷凍食品可被人消費而不引起“刺痛”即冷凍食品的有效熱傳導率使得吃冷凍食品的人不會感覺不舒服，將冷凍食品放入口腔中后，口腔內溫度通常快速下降(例如下降至少約10℃或20℃)。可采用本領域技術人員公知的技術測定有效熱傳導率。例如，檢測物質有效熱傳導率的一個方法是橫過柱狀物產生溫度梯度(即，使得所述柱的一端初始處于第一溫度，柱的另一端初始處于第二溫度)，然后檢測通過柱狀物的熱流以測定物質的有效熱傳導率。應當注意的是，有效熱傳導率將不僅包括來自物質本身(例如冷凍食品)的貢獻，還包括來自存在于物質內的氣體的貢獻。在一些實施方案中，由于冷凍食品處于“蓬松”狀態，即由相對較小的顆粒或晶體形成，可實現較低的有效熱傳導率。在某些情況下，冷凍食品的有效熱傳導率在約1W/mk到約0.01W/mk之間。例如，冷凍食品的有效熱傳導率在約0.05W/mk到約0.5W/mk之間、在約0.1W/mk到約0.4W/mk之間、或在約0.1W/mk到約0.3W/mk之間。
因此，在許多情況下，冷凍甜食或其它冷凍食品由相對小的顆粒形成，在一些情況下可以是晶體。可采用本文描述的流體膨脹和冷卻和/或相變的方法制備這種食品，這可引起流體和食品(例如甜食混合物)混合物的冷卻和/或冷凍，例如，流體和食品的乳液。冷凍食品內的顆粒或晶體可提供具有平滑、奶油質地的冷凍食品。例如，冷凍食品內的顆粒或晶體的平均尺寸可小于約500微米、小于約400微米、小于約300微米、小于約200微米、小于約100微米、小于約75微米、小于約60微米、小于約50微米、小于約40微米、小于約30微米、小于約20微米、小于約10微米、或小于約5微米。
相對于類似的可購買的冷凍食品，該冷凍食品內存在的相對小的顆粒或晶體可給予冷凍食品“平滑”、“奶油”稠度，即使是不存在(或減少存在)通常商用的平滑添加劑或多種脂肪，或不采用相對復雜并昂貴的機械工藝來降低顆粒大小。如下面更詳細的討論，例如可通過控制冷凍食品形成和/或冷卻的速率來控制冷凍食品內的顆粒或晶體尺寸。例如，在某些實施方案中，通過快速冷卻流體例如二氧化碳和食品的混合物制備具有相對小的顆粒或晶體的冷凍食品，例如，如下文討論的促使混合物通過噴嘴。在一些情況下，當二氧化碳用于這種方法中時，一些二氧化碳還可成為冷凍食品的一部分，在一些情況下，足夠量的二氧化碳成為冷凍食品的一部分使得冷凍食品碳酸化。
因此，本發明的一個方面提供碳酸化冷凍食品，碳酸化冷凍食品的實例包括但不限于碳酸化冷凍甜食，例如，碳酸化冰淇淋產品、碳酸化冰淇淋、碳酸化凍果汁露、碳酸化果汁冰糕等。本文所用的“碳酸化”冷凍食品是存在可察覺量的或“嘗出”量的二氧化碳的冷凍食品，即冷凍食品內的二氧化碳可被一般人在消費冷凍食品時嘗出，例如食品內的“強烈的氣味”(tang)、“辛辣”(sharp)、“嘶嘶發泡”或“起泡”感覺。消費時人可察覺的二氧化碳水平可容易地被本領域一般技術人員通過下列方法來確定使少量抽樣的一些人來品嘗這種產品并且與例如不是根據本發明的一種方法生產的產品(例如通過載體膨脹和/或相變冷卻方法生產，其中所述載體例如是諸如氬氣的惰性氣體，和/或被允許放置在典型室溫和壓力條件下放置足夠時間以允許二氧化碳逃逸的產品)相比，和允許人指出產品中是否存在可察覺水平的二氧化碳。
“碳酸化”冷凍食品還可描述為一種食品，其中當該食品融化并允許放置足夠釋放存在的任何二氧化碳的時間(例如通過將食品暴露于環境溫度和/或壓縮空氣中)時，該食品中釋放的二氧化碳的量是可感知的，即超過另外將自然出現在食品中的那些。在某些情況下，當融化時，食品將變得基本上不含CO2，即食品僅僅含有與大氣平衡的CO2，如果人消費時通常不可察覺。
在一些實施方案中，冷凍食品內二氧化碳的量是至少約300ppm(基于體積)，在另外的實施方案中，至少約350ppm、至少約400ppm、至少約450ppm、至少約500ppm、至少約550ppm、或至少約600ppm。還可基于質量來測定碳酸化冷凍食品內二氧化碳的量，而不是基于體積。在一些實施方案中，冷凍食品內二氧化碳的量是至少約3×10-7kgCO2/kg冰淇淋，在另外的實施方案中，至少約5×10-7kg CO2/kg冰淇淋、7×10-7kg CO2/kg冰淇淋、10-6kg CO2/kg冰淇淋、3×10-6kg CO2/kg冰淇淋、5×10-6kg CO2/kg冰淇淋、或7×10-6kg CO2/kg冰淇淋。因此，包含在冷凍食品內的環境空氣(例如在大氣壓下)將不能使得冷凍食品“碳酸化”，因為環境空氣內的二氧化碳(例如捕集在冷凍食品或甜食內的氣泡內)將不能被一般人察覺，即不可品嘗到。下面更詳細地描述制備碳酸化冷凍甜食和其它碳酸化冷凍食品的一些實例。
包含在碳酸化冷凍食品內的二氧化碳可以任何適當的形式存在，例如，捕集在冷凍食品內的液體或氣體“泡”內，和/或溶解或包埋在冷凍食品內等等。在一些實施方案中，二氧化碳可作為固溶體存在(例如以包括一些冷凍食品和一些CO2的固體或冷凍顆粒形式)，和/或作為固體二氧化碳顆粒或“干冰”包含在冷凍食品內等。在某些情況下，二氧化碳可以以氣相存在于冷凍食品內，例如，捕集在泡內。在一些情況下，二氧化碳還可以這些形式中的多種和/或以多種相而存在于碳酸化冷凍食品內。
在一些情況下，二氧化碳可以至少約0.03mmol CO2/g食品的濃度存在于碳酸化冷凍食品內，在另外的情況下，至少約0.05mmol CO2/g食品、至少約0.07mmol CO2/g食品、至少約0.1mmol CO2/g食品、或至少約0.2mmol CO2/g食品。
在一些實施方案中，還可將碳酸化冷凍食品儲藏在壓力下。例如，將碳酸化冷凍食品儲藏在壓力大于約1atm(絕對)的環境中，例如，大于約1.1atm、大于約1.2atm、大于約1.4atm、大于約1.6atm、大于約1.8atm、大于約2.0atm、大于約3.0atm、大于約4.0atm、或大于約5.0atm等。增加的壓力可允許碳酸化冷凍食品例如在生產、包裝、儲藏、運輸、銷售等期間保留冷凍食品碳酸化時間更長，例如，使得碳酸化冷凍食品可在使得人消費冷凍食品時可察覺碳酸化冷凍食品內碳酸化的條件下被輸送到消費者。在一些情況下，碳酸化冷凍食品被儲藏在如上所述的能保持壓力大于約1atm、大于約1.1atm等的容器內。例如，所述容器可由金屬制成，例如鋁或錫、塑料、玻璃等，本領域技術人員將了解生產適當壓力的容器的技術。可采用空氣、CO2、惰性氣體等使容器內壓力增加。
在某些實施方案中，碳酸化冷凍食品被儲藏在能將冷凍食品保持在基本上固體或冷凍狀態的溫度下(或在如上所述的大氣壓(1atm)，或在一些情況中的更大壓力下)。例如，儲藏碳酸化冷凍食品的溫度(即含有碳酸化冷凍食品的環境的溫度)可接近或低于水的冰點(0℃)，例如，在-4℃或在更冷的溫度下的冷凍器內，例如接近或低于約-4℃、接近或低于約-25℃、接近或低于約-50℃、或接近或低于約-80℃等。能在這樣的溫度下制冷的設備是本領域公知的。在一些情況下，碳酸化冷凍食品被儲存在能夠將碳酸化冷凍食品內二氧化碳保持為液體或固體的溫度和/或壓力下。在一些情況下，在消費之前(例如在生產、包裝、儲藏、運輸、銷售等期間)，碳酸化冷凍食品可被儲藏在幾個溫度和/或壓力下。當然，應當理解，儲藏碳酸化冷凍食品的溫度和/或壓力不是碳酸化冷凍食品最終適于人消費所必要的的溫度和壓力。
本發明的另外一個方面一般涉及生產冷凍食品的技術，包括但不限于碳酸化冷凍甜食，例如碳酸化冰淇淋產品等等，如本文所描述。在一些實施方案中，通常如圖2中示例性舉例說明，添加劑流體151與食品152混合153以形成混合物，例如乳液。在某些實施方案中，當所述添加劑流體與食品接觸時，所述添加劑流體在溫度低于食品的溫度下與食品混合。
混合后，降低混合物的溫度直到至少部分食品固化154。任選地，添加更多的添加劑流體158和/或食品156(添加劑流體158和食品156可分別與食品152和添加劑流體151相同或不同)。在某些情況下，通過壓力梯度促使混合物從相對較高壓區到相對較低壓區來通過噴嘴或注孔來降低混合物溫度，即經過(across)壓降。冷凍食品或至少部分食品基本上冷凍，然后被收集160。可采用本領域普通技術人員公知的任何適當技術控制壓力，例如，采用反壓調節器。
添加劑流體可以是趨向于流動以及符合容納流體的容器的輪廓的任何物質。典型地，流體是不能經受靜剪切力的物質，當施用剪切力時，所述流體經歷連續、持久的變形。此外，當經過從相對較高壓區到相對較低壓區的壓力梯度時，所述流體可冷卻，例如，使得壓力梯度引起流體膨脹和冷卻、和/或膨脹時相變(例如成為氣體)。流體可具有允許所述流體至少一些流動的任何適當粘度。流體的非限定性實例包括液體和氣體，還可包括自由流動的固體顆粒、粘彈性流體等。在某些情況下，添加劑流體在食品中還可不溶解或微溶，其通常是含水的。
在一些實施方案中，當膨脹時添加劑流體可從冷凍食品中分離。例如，所述添加劑流體可以是氣體，和/或相變以形成氣體，其可從冷凍食品中析出并分離。在某些情況下，添加劑流體在環境溫度和/或壓力下是氣態的。例如，添加劑流體可作為固體或液體被添加到食品中，并允許經歷變成液體或氣體的相變(例如，經過壓力梯度)。這樣的相變還可用于冷卻和/或冷凍食品。在某些情況下，部分添加劑流體還可結合到冷凍食品內。例如，冷凍食品內添加劑流體的量可至少約300ppm(基于體積)，在另外的實施方案中，至少約350ppm、至少約400ppm、至少約450ppm、至少約500ppm、至少約550ppm、或至少約600ppm。在一些情況下，添加劑流體用作制冷劑，即添加劑流體用于冷卻至少部分食品以形成冷凍食品，本文將進一步討論。
因此，在一些實施方案中，添加劑流體應當是無毒的和/或能以通常認為安全量結合到冷凍食品內(例如，美國食品藥品監督管理局將流體物質命名為GRAS物質)。適當流體的一個實例是二氧化碳。另外一個非限定性實例是乙烯。在一些實施方案中，添加劑流體不是液氮，和/或添加劑流體的溫度大于約80K或約70K，即所述流體不是“低溫”流體。
添加劑流體可以任何適當形式被添加到食品中以形成混合物，例如乳液。例如，添加劑流體可作為氣體、液體、固體等被添加。此外，可采用適當的技術例如采用攪拌和/或乳化技術將添加劑流體與食品相混合。本領域技術人員將能常規地確定用于混合兩種流體的適當技術。還可采用任何比例的添加劑流體和食品。例如，添加劑和食品的混合物可包含約5％、約10％、約15％、約20％、約25％、約30％、約35％、約40％、約45％、約50％、約55％、約60％、約65％、約70％、約75％、約80％、約85％、約90％、或約95％的添加劑流體。
在一些情況下，當與食品接觸時，添加劑流體在低于食品溫度的溫度下(可以是室溫，即約25℃，或不同的溫度)，這樣的接觸可用于冷卻食品。在一些情況下，選擇添加劑流體的溫度以冷卻但不是基本上冷凍食品。作為例子，可選擇添加劑流體的溫度使得混合時添加劑流體和食品的溫度大于混合物的液體-固體轉變溫度，因此保持基本上或完全液態。例如，混合后，希望混合物的溫度可以是約5℃、約3℃、或約2℃。本領域技術人員將了解適于冷卻添加劑流體和/或食品的適當技術。例如，可采用熱交換器或冷凍器冷卻添加劑流體和/或食品。本領域技術人員能夠僅僅采用常規的技術，基于添加劑流體和食品的量、流速、熱容等在混合之前來選擇適當的添加劑流體溫度。
在一些情況下，添加劑流體和/或食品可處于壓力下(即處于大于約1atm的正常大氣壓的壓力下)。然而，在另外的情況下，添加劑流體不是在壓力下添加到食品中。然而，還可隨后加壓添加劑流體和食品的混合物。在一些實施方案中，在顯著高于大氣壓的壓力下加壓添加劑流體和食品，并且這樣的加壓可發生在混合添加劑流體和食品之前、期間和/或之后。例如，添加劑流體和食品可被加壓到至少約5atm、至少約10atm、至少約15atm、至少約20atm、至少約25atm、至少約30atm、至少約40atm、或至少約50atm的壓力。例如，如果CO2用作添加劑流體，CO2和食品的混合物可被加壓，使得當與食品接觸時，至少部分CO2是液體，或變成液體。如本領域技術人員公知，CO2變成液體的實際壓力還是溫度的函數并且可例如采用CO2相圖測定。
在某些實施方案中，混合物還可被冷卻，即在混合添加劑流體和食品期間或之后。例如，混合物可被冷卻到大于混合物液體-固體轉變溫度的溫度，或冷卻到特定溫度，例如約5℃、約3℃、或約2℃。在一些情況下，混合物可被冷卻同時加壓。例如，如果CO2用作添加劑流體，加壓和冷卻可同時進行以引起混合物中至少部分CO2變成液體。當然，在另外的實施方案中，加壓和冷卻不同時進行。本領域技術人員將了解用于冷卻添加劑流體和食品的適當技術，例如，采用熱交換器或冷凍機。
在一些情況下，還可將多種成分添加到混合物中，例如，向食品中添加添加劑流體之前、期間、和/或之后。例如，甜味劑、調味劑、乳化劑、穩定劑等可被引入到混合物中。通過任何進口進入的任何物質還可被冷卻和/或被加壓。
在一些情況下，添加劑流體和食品相混合以形成乳劑，即第二連續相內包含第一不連續相的離散區的混合物。所述離散區可以是例如小的液滴或泡沫，其可以是固態、液態或氣態。例如，離散區的平均橫截面尺寸小于約1mm、小于約750微米、小于約500微米、小于約300微米、小于約100微米、或小于約50微米。在一些情況下，添加劑流體形成不連續相以及食品形成連續相；然而，在另外的情況下，添加劑流體形成連續相以及食品形成不連續相。例如，所述乳液可包含CO2連續相和食品的一種或多種不連續相、食品的連續相和CO2不連續相等。應當理解，具有CO2的乳液的食品相本身還可是乳液。因此，CO2和食品的乳液可包含含有CO2和兩種或多種不連續相的第一相，其一起被定義為乳液的食品相。
然而，在一些實施方案中，當添加劑流體和食品相混合以形成混合物時，沒有形成連續相，并且混合物包含兩種、三種、四種或更多種不連續相。例如，一種不連續相可包含CO2，兩個或多個不連續相的每一種可包含食品(如上所述，其中的一個或多個不連續相本身可以是乳液)。
因此，在一個系列的實施方案中，所述乳液或混合物包含一種或多種不連續相的離散區，每一個離散區可獨立地具有分別小于約500微米、小于約400微米、小于約300微米、小于約200微米、或小于約100微米的平均橫截面尺寸。
根據一個系列的實施方案，通過與相對較高壓流體性連接來使添加劑流體和/或食品通過相對小開口例如噴嘴、節流閥、注孔等從相對較高壓到相對較低壓(即通過壓力梯度)來乳化或另外混合添加劑流體和食品。可采用噴嘴或其它開口混合添加劑流體和食品，例如，通過從開口向添加劑流體中噴灑食品、通過從開口向食品中噴灑添加劑流體、通過混合添加劑流體和食品以及促使混合物通過開口或等等。在一些情況下，可采用多個噴嘴或另外的開口。例如，可通過一個噴嘴噴灑食品同時通過另外一個噴嘴噴灑添加劑流體。在一些情況下，通過控制流出開口的流體的流動特征，可實現添加劑流體和食品的所需程度的混合或乳化。可利用通過噴嘴或其它開口的較高起始壓力和相對較低的壓力之間的壓力差來產生發生混合和/或乳化所需的能量(例如動能)。如果采用噴嘴，所述噴嘴可以是，例如，導管(pipe)或管(tube)，本領域技術人員可僅僅采用常規的技術來選擇恰當的形狀和/或尺寸。例如，選擇所述噴嘴使得其以扇形方式、圓錐形方式等定向地噴灑流體。
任選地，形成添加劑流體和食品的混合物后，還可將另外的成分添加到混合物中，例如，一種或多種添加劑流體、另外的食品、甜味劑、香料、乳化劑、穩定劑等。如上所述，任意的這些成分還可被冷卻和/或被加壓。
在本發明的某些實施方案中，將混合物或乳液相對快地通過方法的下述階段(下面討論)。例如，混合物或乳液形成時和下述階段之間的停留時間可以小于約1分鐘、小于約45秒、小于約30秒、小于約20秒、小于約15秒、小于約12秒、小于約10秒、小于約8秒、小于約6秒、小于約5秒、或小于約4秒。在一個實施方案中，停留時間在約6秒到約3秒之間。當這個術語用于本領域時，本領域技術人員能測定一種或多種流體流經過的室或其它系統的“停留時間”。在某些情況下，所述停留時間保持相對短，因為添加劑流體和食品的混合物或乳液可相對不穩定，即當安靜地放置較長一段時間時，混合物或乳液分成基本上不含有混合物其它流體的一個或多個離散層或離散區流體。
根據一些實施方案，添加劑流體和食品相混合形成混合物后，例如，形成乳液，可降低混合物的溫度，使得至少部分混合物基本上冷凍，即形成固相(雖然可能存在其中沒有完全冷凍的小物質團)。然而，在另外的實施方案中，應當理解，不是必須降低溫度，如果降低溫度，混合和降低溫度不是必須連續發生，而是也可同時發生，或在重疊的基礎上發生，下面關于降低混合物溫度的說明還可用于這樣的其它實施方案。可利用任何適當的技術來降低混合物的溫度。例如，可將混合物暴露于較冷溫度下，例如，在熱交換器內，或可通過一些方法例如通過使用冷凍劑或制冷劑流體來冷卻容納混合物的容器壁。在一些情況下，可采用各種技術的組合。
在本發明的一個系列的實施方案中，通過使混合物通過從相對高的起始壓力到相對低的最終壓力的壓力梯度來冷卻混合物，這將引起添加劑流體(或至少部分)相變和/或膨脹和冷卻。例如，液體添加劑流體可改變相，隨壓力降低形成氣體。在一些情況下，可從食品中分離氣體或至少部分氣體并收集，例如以控制最終壓力(一些氣體還可被結合到食品內，如本文所討論)。在一些情況下氣體還可重復利用，如下詳細討論。
在一個實施方案中，通過與相對較高壓流體性連接來使混合物通過小的開口例如噴嘴、節流閥、注孔等從相對較高壓到相對較低壓(即通過壓力梯度)來冷卻添加劑流體和食品的混合物。如上所述，如果采用噴嘴，噴嘴可以是例如導管或管，并且所述噴霧可以是扇形、圓錐形、定向等。在此所描述的噴嘴或其它開口可以與先前關于混合所描述的噴嘴或其它開口相同或不同。可選擇噴嘴使得在通過噴嘴時，混合物能快速體積膨脹，在一些情況下，使得至少部分混合物相變，例如，從液體到氣體。例如，至少部分添加劑流體、食品或兩者都可在通過噴嘴或其它開口時，基本上或完全冷凍。例如，混合物的溫度可經過混合物的液體-固體轉變溫度來引起至少部分混合物基本上冷凍。
在一個系列實施方案中，如前所述，經過噴嘴或其它開口的混合物是乳液。在一些情況下，在經過噴嘴之前，乳液的不連續相(或乳液的一種或多種不連續相，如果存在一種以上的不連續相)由平均橫截面尺寸不超過噴嘴最小橫截面尺寸約200％的離散區形成。在另外的情況下，乳液的不連續相由平均橫截面尺寸小于噴嘴最小橫截面尺寸約175％、小于約150％、小于約125％、小于約100％、小于約80％、小于約60％、小于約50％、小于約40％、小于約30％、小于約20％、或小于約10％的離散區形成。
在一些情況下，混合物通過噴嘴或其它開口產生冷凍食品的“噴霧”，然后被收集。在一些情況下，由此形成的冷凍食品由相對小的顆粒或晶體組成，例如所述顆粒或晶體的平均尺寸可小于約75微米、小于約60微米、小于約50微米、小于約40微米、小于約30微米、小于約20微米、小于約10微米、或小于約5微米等，如前所述。在一些情況下，膨脹后，至少部分添加劑流體保留在冷凍食品內。通過控制添加劑流體與食品的比例以及這種方法的溫度和壓力或壓力梯度，可控制冷凍食品內的添加劑流體的量，僅僅利用本發明內容的常規技術和有益教導，本領域技術人員可確定這樣的工藝條件。例如，冷凍產品可包含約5％、約10％、約15％、約20％、約25％、約30％、約35％、約40％、約45％、約50％、約55％、約60％、約65％、約70％、約75％、約80％、約85％、約90％、或約95％的添加劑流體。
作為例子，如果添加劑流體包含CO2，部分CO2可結合到冷凍食品內，在一些情況下形成碳酸化冷凍食品，如前所述。冷凍食品可包含足夠的CO2使得CO2可被一般人察覺或“品嘗到”。在一些情況下，碳酸化冷凍食品可包含固體二氧化碳，即干冰，和/或基于CO2的固體混合物，例如，包括一些冷凍食品和一些固體CO2的固體或冷凍顆粒。當然，在其他的情況下，生產的冷凍食品不是碳酸化的。
在一些情況下，可收集冷凍食品的噴霧作為粉末，其可以是“蓬松”狀態，即由相對小的顆粒或晶體形成，例如，平均橫截面尺寸小于約500微米。在一些情況下，所述噴霧可產生更細的顆粒或晶體，例如，平均橫截面尺寸小于約400微米、小于約300微米、小于約200微米、小于約100微米、小于約75微米、小于約60微米、小于約50微米、小于約40微米、小于約30微米、小于約20微米、小于約10微米、或小于約5微米。在某些情況下，形成之后所述粉末即刻具有至少約0.5的空隙體積分數，其中所述“空隙體積分數”是產品內氣體體積與產品總體積的比率。在另外的情況下，空隙體積分數更高。例如，空隙體積分數可以是至少約0.55、至少約0.6、至少約0.65、至少約0.7、或至少約0.75。粉末內的氣體可以是CO2或其它的制冷劑和/或其它氣體，例如空氣。
在一個系列的實施方案中，可控制從噴嘴或其它開口排出的混合物使得形成的冷凍食品在選擇用以防止在冷凍食品內后續晶體生長的溫度下形成。例如，形成的冷凍食品的溫度可以小于約0℃、小于約-4℃、小于約-25℃、小于約-50℃、或小于約-80℃。可調節混合物的溫度，例如，可通過控制噴嘴或其它開口下游的壓力和/或控制膨脹室的溫度來調節混合物的溫度。例如，膨脹室的溫度可被控制到接近或低于約-4℃、接近或低于約-10℃、接近或低于約-20℃、接近或低于約-30℃、接近或低于約-40℃、接近或低于約-50℃、接近或低于約-60℃等的溫度。
在一些實施方案中，可形成復雜的模制結構。例如，冷凍食品的“噴霧”可被收集在模制結構中。然后可除去所述模制結構，得到模制冷凍食品。在一些情況下，冷凍食品可被壓縮形成更密實的物質，例如，在模具內。
形成后，然后可任選地在加壓的容器內收集、包裝、儲藏、運輸以及銷售冷凍食品，如前所述，例如，使得冷凍食品可以保持冷凍狀態而被傳送到人用于消費。
在一些實施方案中，可采用本文描述的系統和方法生產工業量的冷凍食品，例如，可采用本文描述的系統和方法生產至少約10加侖、至少約30加侖、至少約100加侖、至少約300加侖、至少約1000加侖、至少約3000加侖、或至少約10000加侖的冷凍食品。本領域一般技術人員將了解用于生產、包裝、儲藏、運輸和銷售冷凍食品的系統和方法。此外，還可采用本文描述的系統和方法可以實現快通量(rapidthroughputs)。例如，食品可在非常快的通量下通過該系統，并且被冷凍和/或被碳酸化，例如，停留時間(例如從容器(reservoir)到成品)小于約1分鐘、小于約45秒、小于約30秒、小于約20秒、小于約15秒、小于約12秒、小于約10秒、小于約8秒、小于約6秒、小于約5秒、或小于約4秒。
在此還應當指出，上述的方法不希望僅僅限制于生產冷凍食品，還可用于快速冷凍任何流體。例如，通過僅僅采用水和CO2或另外一種適當的添加劑流體，上述方法可用于生產冰(即冷凍水)，在一些情況下，如上所述，停留時間非常短。此外，采用上述的方法冷凍的流體不是必須可食用或適合人消費。
本發明的又一另外方面涉及能生產冷凍食品的設備，例如本文描述的那些。圖3顯示一個實例，其采用CO2作為添加劑流體以由甜食混合形成冷凍甜食。當然，應當理解，還可采用除了CO2以外的添加劑流體，如前所述，并且可形成其它的冷凍食品。此外，在下面僅僅用來解釋的實施方案中，使用甜食混物，在其它的實施方案中也可以使用其它食品或其它流體。
圖3中，甜食混合物22通過進口23進入混合室25。室25可被冷卻，例如，通過制冷單元21。在一些情況下，室25還可被加壓，例如，利用二氧化碳。混合室25內，甜食混合22與二氧化碳相混合，二氧化碳可通過進口27或進口29或這兩個進口進入。通過進口29進入的二氧化碳是源于二氧化碳源28的新鮮的二氧化碳，而通過進口27進入的二氧化碳是再循環的二氧化碳，如下所述。混合室25內，二氧化碳與甜食混合相混合在一起。
混合物通過出口24朝向節流閥30離開混合室25。任選地，在混合物到達節流閥30之前，可通過進口26將液體二氧化碳注射到混合物內。如圖3所示，通過進口26進入的二氧化碳源于源31，其可以是與二氧化碳源28相同的源或不同的源。
二氧化碳和甜食混合的混合物通過節流閥30進入膨脹室40。例如，混合室25的壓力可以大于膨脹室40內的壓力，使得二氧化碳和甜食混合的混合物通過節流閥30。在膨脹室40內，混合物由于壓力梯度膨脹，引起混合物的溫度降低，使得至少部分甜食混合變得冷凍，因此形成冷凍甜食。在一些情況下，還可冷凍二氧化碳，即形成干冰，并且二氧化碳可被溶解在或包裹在冷凍甜食內。
冷凍甜食作為固體或半固體產品通過出口45離開室40。在一些實施方案中，一些進入膨脹室40的二氧化碳可被排出并通過出口42進入流(stream)47而回收。在一些情況下，回收的CO2可被再循環到混合室25內，例如，在通過流37和進口27重新將CO2引入到混合室25之前，通過利用壓縮機38將CO2壓縮到更高的壓力。
應當注意，上述描述僅僅是通過舉例說明，本領域一般技術人員將了解可根據需要改動所述的這種系統，這取決于具體的應用。例如，在一些實施方案中，膨脹室40內產生的二氧化碳可被排出或用于其他過程中，在一些情況下，室25可包括另外的進口，例如，能向混合室25傳送調味劑、甜味劑等等的進口。混合室25還可包含例如葉輪或其它攪拌裝置、隔板、刮刀或等等，并且混合室可具有任何適當的形狀，例如圓柱形。
圖4顯示能產生冷凍甜食的適當設備的另一個實例，其采用CO2，但是應當理解，還可采用除了CO2以外的其它添加劑流體，并且可形成其它的冷凍食品。圖4中，將甜食混合物17從甜食混合物源19引入到系統20中的室55的進口15。在室55內，隨甜食混合物通過熱交換盤管53，甜食混合物被散熱，因此降低其溫度。因此，在離開出口52時，甜食混合物的溫度低于其進入室55時的溫度。而且，在室55內，源于二氧化碳源94和/或壓縮機89的二氧化碳通過進口56進入，并且以低于進口56的溫度通過出口57排出，在該過程中熱轉移離開熱交換盤管54。
來自熱交換盤管53和/或54的熱(“Q”)被轉移到熱交換盤管59內，如由虛線箭頭62表示。因此熱交換盤管59內的制冷劑氣體被加熱，然后通過壓縮機66。在到達熱交換盤管65時，熱被排泄在外部環境中，例如，排泄到環境大氣、排泄到另一個熱交換器等等。然后制冷劑流體通過節流閥64并回到熱交換盤管59。
通過室55后，通過出口52排出的甜食混合物經過噴嘴70。進入噴嘴70之前，所述甜食混合可被加壓，例如，加壓到大于正常大氣壓的壓力，例如，約800psi的壓力。在室75內，甜食混合物和二氧化碳(通過出口57排出)相互混合在一起。在一些情況下，在甜食混合物和二氧化碳之間形成乳液。當混合物進入室75時，所得二氧化碳和甜食混合物的混合物壓力低于進入噴嘴的二氧化碳或甜食混合物壓力。例如，室75內的壓力可以是約600psi。
任選地，在室75內，二氧化碳和甜食混合的混合物還可被冷卻，和/或可添加另外的甜食混合物、CO2、甜味劑、香料、乳化劑、穩定劑等等。然后將混合物通過第二個噴嘴80，其進一步冷卻混合物，并且引起至少一些甜食混合物固化。室82內的壓力可低于室75內的壓力。例如，室82內壓力可以是約150psi到約200psi。固化的甜食混合物可形成微小的顆粒，即噴霧83。然后收集這些顆粒作為冷凍甜食。圖4中，在最后收集和加工儲藏和/或銷售90之前，例如，在大氣壓下或包裝壓下，顆粒任選地經過附加操作，例如，氣封85。
在膨脹室82內，可通過進口81收集一些二氧化碳。在一些情況下，以這種方式收集基本上所有的二氧化碳。然而，在另外的情況下，部分二氧化碳可結合到最終的冷凍甜食內。
利用壓縮機89壓縮通過進口81排出膨脹室82的二氧化碳，以形成液體二氧化碳。然后將所述液體二氧化碳通過管線93到達熱交換器55的進口56，如前所述。在一些情況下，例如附加的二氧化碳可以從源94引入到管線93，因為一些二氧化碳可離開系統，例如，通過結合到冷凍甜食內，或通過其它的過程，例如隨收集冷凍甜食而損失二氧化碳、通過泄漏等。
圖5舉例說明了另一實施方案。在該實施方案中，利用具有液體和二氧化碳的冷凍二氧化碳源開始生產混合到甜食混合物內的二氧化碳。在圖5的系統100中，二氧化碳源105是高壓CO2儲藏罐(或其它加壓的CO2源)，其包括室溫下(約25℃)平衡的液態二氧化碳和氣態二氧化碳，即汽相中的二氧化碳是飽和的。二氧化碳蒸汽通過流101進入室110，而液體二氧化碳通過流102到達冷卻室120。經過流101由進口111進入的二氧化碳使來自源115的甜食混合物加壓，所述甜食混合物通過進口112進入室110。二氧化碳蒸汽在室110內加壓甜食混合，并且引導甜食混合物通過室110的出口117達到冷卻室120。
在冷卻室120內，甜食混合物和二氧化碳的混合物通過熱交換器122，而源于室105的液體二氧化碳通過熱交換器124。冷卻室120可被冷卻，例如，采用冰浴，即在0℃。當離開熱交換盤管122時，甜食混合物和二氧化碳的混合物通過管線205到達噴嘴130并進入室135，同時采用控制閥201控制。在室135中，因此形成液體二氧化碳和甜食混合物的乳液213。噴嘴130還可用于進一步混合甜食混合物/二氧化碳的混合物，例如，形成乳液。
在室135內，來自室120的二氧化碳(通過管線206和控制閥202)進入室，并冷卻混合物，例如，冷卻到剛剛超過混合物的液體-固體轉變溫度的溫度。然后使混合物通過噴嘴140進入膨脹室145，其中至少部分甜食混合物固化為單個的顆粒“噴霧”或“雪花”208，形成固體冷凍甜食147，其收集在室145底部。膨脹室可被維持在適于引起至少部分甜食混合物固化的條件。例如，膨脹室145可被維持在約-40℃的溫度。然而，在另外的實施方案中，膨脹室145可以不存在，即混合物的膨脹可發生在環境溫度和/或壓力空氣中。
通過反壓調節器149收集膨脹室145內的部分二氧化碳211，所述反壓調節器149調節膨脹室145內的壓力，使得室145和室135之間的維持適當壓差，因此，允許適當形成冷凍甜食。在該實施方案中，經反壓調節器149排出的二氧化碳隨后通過出口139被排出到大氣中。當然，在另外的實施方案中，如前所述，二氧化碳還可被重復利用。
在該實施例中，可直接測量膨脹室145的壓力，并且可被用于例如通過反壓調節器149來控制壓力。例如，反壓調節器149可測量室145的壓力，并且通過出口139控制出流的氣體，以便維持室145內的壓力。然而，在另外的實施方案中，可測量膨脹室145內的溫度，并且該溫度可用于控制壓力。例如，可將能測量溫度的傳感器布置在膨脹室145內，或另外布置在第二個噴嘴的下游。所述傳感器還可感受與反壓調節器149的傳感連接。因此，甜食混合物通過第二個噴嘴后，通過測定甜食混合物的溫度，可適當地調節膨脹室145的壓力。
在一些方面，本發明還涉及促銷(promotion)本文描述的任何冷凍食品、設備等。本文所用的“促銷”包括進行商業交易的所有方法，包括但不限于可能與本文描述的冷凍食品、設備等相關的銷售、廣告、轉讓、許可、簽訂合同、說明(instructing)、教育、研究、進口、出口、協商、；融資、貸款、貿易、出售、轉售、配給、替代等等。可通過任何團體(party)實施促銷方法，包括但不限于企業(business)(公共或私人)、契約或分契約代理、教育機構例如學院和大學、研究機構、醫院或其它臨床機構、政府機構等。促銷的活動可包括明顯與本文描述的冷凍食品、設備等相關的任何形式(例如書面、口頭、和/或電子交流，例如，但不限于e-mail、電話、傳真、因特網、基于Web等)的說明或交流。本文所用的“說明”可定義指導性效用(instructional utility)的成分(例如指示、引導、警告、標志、注釋、FAQs(“常見問題”))等，以及典型地涉及對本文描述的所述冷凍食品、設備等的書面說明或與本文描述的所述冷凍食品、設備等相關。說明還可包括任何形式(例如口頭、電子、數字、光學、視覺等)的指導性交流，只要以任何的方式使得使用者將清楚地認識到所述說明與本文描述的所述冷凍食品、設備等相關。
Brisson等人2004年11月18日提交的、名稱為“Ice Cream ProductionUsing Carbon Dioxide Expansion”美國臨時專利申請系列No.60/628,606通過引用并入本文。
盡管本文已經描述并舉例說明了本發明的幾個實施方案，但是本領域一般技術人員將容易地想象多種其它方法和/或結構來實現這些功能和/或獲得這些結果和/或一個或多個本文所描述的優點，并且每個這樣的變化和/或改變被認為包括在本發明的范圍內。更一般而言，本領域技術人員將容易地了解，本文描述的所有參數、尺寸、物質和構造是示例性的并且適當的參數、尺寸、物質和/或構造將取決于利用本發明教導的具體應用。本領域技術人員將認識到或能確定僅僅采用常規的試驗，得到本文所描述的本發明具體實施方案的許多等價物。因此，應當理解前述的實施方案僅僅是為了舉例而提出，并且包括在所附權利要求和其等價物內，除了根據具體描述和權利要求以外，也可以其他方式來實施本發明。本發明涉及本文描述的每個單獨的特征、系統、制品、物質、裝備(kits)和/或方法。此外，如果這樣的特征、系統、制品、物質、裝備和/或方法互相相容，則兩個或多個這樣的特征、系統、制品、物質、裝備和/或方法的任何組合也包括在本發明的范圍內。
當在本文中定義和應用時，所有的定義將理解為包括字典定義、通過引用作為參考的文本中定義、和/或確定術語的一般意思。
除非另有說明，說明書和權利要求書中所用的不定冠詞“a”和“an”應當理解是指“至少一個”。
說明書和權利要求書中所用的短語“和/或”應當理解是指如此連接(conjoined)的元素的“任一個或兩個”，即元素在一些情況中共同存在和在另外的情況中分散性地(disjunctively)存在。用“和/或”列舉的多個元素應當以相同的方式解釋，即如此連接的“一個或多個”元素。除了被“和/或”詞組具體地確定的元素以外，不管與具體確定的那些元素是相關的或不相關的，還可任選地存在另外的元素。因此，作為非限定性實例，當與例如“包含”的開放式語言相連接使用時，“A和/或B”的含義在一個實施方案中可以僅僅指A(任選地包括除了B以外的元素)；在另一個實施方案中，僅僅指B(任選地包括除了A以外的元素)；在又一個另外實施方案中，是指A和B(任選地包括其它元素)等等。
說明書和權利要求書中所用“或”應當理解為與上述定義的“和/或”的意思相同。例如，當區分列表中的術語時，“或”或“和/或”應當被解釋為開放性的，即包括至少一個，但還包括多個元素以及任選地另外的未被列舉的項目。當另有相反說明例如“僅僅一個”或“確切地一個”或，當用在權利要求書中時，“由...組成”，術語將指確切地包括多個元素或元素列表的一個元素。一般而言，本文所用的術語“或”應當僅僅被解釋為是指排他性選擇(即“一個或另一個，但是不是兩者都”)當前面有排他性“術語”例如“任一個”、“之一”、“僅僅之一”、或“確切地一個”時，當“基本上由...組成”用在權利要求書中時，應當具有用于專利法領域的一般意思。
參照一個或多個元素列表，說明書和權利要求書中所用的短語“至少一個”應當理解為指至少一個元素選自元素列表中的任何一個或多個元素，但是不必要包括元素列表內具體列舉的每個和每一個元素的至少一個，并且不排除元素列表中的元素的任何組合。該定義還允許任選地存在除了元素列表內具體確定的短語“至少一個”所指的元素以外的元素，而無論與具體確定的那些元素相關或不相關。因此，作為非限定性實例，“A和B的至少一個”(或等同的“A或B的至少一個”，或等同的“A和/或B的至少一個”)在一個實施方案中可以指至少一個A，任選地包括一個以上的A，但是不存在B(并且任選地包括除了B以外的元素)；在另一個實施方案中可以指至少一個B，任選地包括一個以上的B，但是不存在A(并且任選地包括除了A以外的元素)；在又一個另外實施方案中可以指至少一個A，任選地包括一個以上的A，和至少一個B，任選地包括一個以上的B，(并且任選地包括其它的元素)等等。
還應當理解，除非另有說明，本文權利要求的包括一個以上步驟或過程的任何方法中，所述方法的步驟或過程的順序不必要限于敘述的所述方法步驟或過程的順序。
在權利要求中，以及上述的說明書中，所有連接詞例如“包含”、“包括”、“帶有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容納”、“組成”等應當理解為開放式的，即指包括但不限于。只有連接詞“由....組成”和“基本上由...組成”應當分別是封閉的或半封閉的連接詞，如美國專利局專利審查程序手冊2111.03部分中所闡明。
權利要求
1.一種制備冷凍食品的方法，其包括以下過程至少使CO2和/或食品通過第一噴嘴以產生CO2和食品的混合物，所述混合物包含至少一種由離散區形成的不連續相；和在所述混合物中產生壓力梯度的條件下，使CO2和食品的所述混合物通過第二噴嘴，所述壓力梯度至少足夠引起至少部分所述混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分所述食品的所述CO2的膨脹。
2.權利要求1的方法，其中所述食品是甜食混合物。
3.權利要求1的方法，其中所述食品是冰淇淋產品混合物。
4.權利要求1的方法，包括使所述食品通過所述第一噴嘴。
5.權利要求1的方法，其中所述混合物是乳液。
6.一種制備冷凍食品的方法，其包括以下過程至少使制冷劑和/或食品通過第一噴嘴以產生制冷劑和食品的混合物，所述制冷劑在環境溫度和壓力下是氣體；和通過至少足夠引起至少部分所述混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分所述食品的制冷劑膨脹的壓力梯度，使制冷劑與食品的所述混合物的體積膨脹。
7.權利要求6的方法，其中所述食品是甜食混合物。
8.權利要求6的方法，其中所述食品是冰淇淋產品混合物。
9.權利要求6的方法，包括使所述食品通過所述第一噴嘴。
10.權利要求6的方法，其中所述混合物是乳液。
11.一種方法，其包括以下過程使CO2和冰淇淋產品混合物通過第一噴嘴以產生乳化流體；和使所述乳狀流體通過第二噴嘴。
12.權利要求11的方法，其中當所述乳化流體通過所述第二噴嘴時產生固體。
13.權利要求12的方法，還包括在大于約1atm壓力下收集所述固體。
14.一種設備，其包含冰淇淋產品混合物的源；CO2源；與所述冰淇淋產品混合物源流體性連接的第一噴嘴；所述第一噴嘴可噴灑進去的第一室，所述第一室與所述CO2源流體性連接；與所述第一室的出口流體性連接的第二噴嘴；和所述第二噴嘴可噴灑進去的第二室。
15.權利要求14的設備，還包含與所述第二室流體性連接的壓力調節器。
16.權利要求15的設備，其中所述壓力調節器是反壓調節器。
17.一種制備冷凍食品的方法，其包括以下過程形成至少包含CO2和食品的混合物，所述混合物包含至少一種包含CO2的不連續相并具有小于約1mm的平均橫截面尺寸；和在所述混合物中產生壓力梯度的條件下，使CO2和食品的所述混合物通過噴嘴，所述壓力梯度至少足夠引起至少部分所述混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分所述食品的CO2膨脹。
18.權利要求17的方法，其中所述食品是甜食混合物。
19.權利要求17的方法，其中所述食品是冰淇淋產品混合物。
20.權利要求17的方法，其中所述混合物是乳液。
21.權利要求17的方法，其中所述平均橫截面尺寸小于約750微米。
22.權利要求17的方法，其中所述平均橫截面尺寸小于約500微米。
23.權利要求17的方法，其中所述平均橫截面尺寸小于約300微米。
24.權利要求17的方法，其中所述平均橫截面尺寸小于約100微米。
25.權利要求17的方法，其中所述平均橫截面尺寸小于約50微米。
26.一種制備冷凍食品的方法，其包括以下過程形成至少包含CO2和食品的混合物，所述食品存在于所述混合物中作為一種或多種不連續相，其中所述混合物中所述一種或多種不連續相的每個均由平均橫截面尺寸小于約1mm的離散區形成；和在所述混合物中產生壓力梯度的條件下，使CO2和食品的所述混合物通過噴嘴，所述壓力梯度至少足夠引起至少部分所述混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分所述食品的CO2膨脹。
27.權利要求26的方法，其中所述離散區的平均橫截面尺寸小于約750微米。
28.權利要求26的方法，其中所述離散區的平均橫截面尺寸小于約500微米。
29.權利要求26的方法，其中所述離散區的平均橫截面尺寸小于約300微米。
30.權利要求26的方法，其中所述離散區的平均橫截面尺寸小于約100微米。
31.權利要求26的方法，其中所述離散區的平均橫截面尺寸小于約50微米。
32.權利要求26的方法，其中所述食品是甜食混合物。
33.權利要求26的方法，其中所述食品是冰淇淋產品混合物。
34.權利要求26的方法，其中所述混合物是乳液。
35.一種制備冷凍食品的方法，其包括以下過程形成至少包含CO2和食品的混合物，所述混合物包含至少一種由離散區形成的不連續相；和在所述混合物中產生壓力梯度的條件下，使CO2和食品的所述混合物通過噴嘴，所述壓力梯度至少足夠引起至少部分所述混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分所述食品的CO2膨脹。其中在通過所述噴嘴之前，所述混合物的所述不連續相由平均橫截面尺寸不超過所述噴嘴最小橫截面尺寸約200％的離散區形成。
36.權利要求35的方法，其中所述不連續相由平均橫截面尺寸不超過所述噴嘴最小橫截面尺寸約150％的離散區形成。
37.權利要求35的方法，其中所述不連續相由平均橫截面尺寸不超過所述噴嘴最小橫截面尺寸約100％的離散區形成。
38.權利要求35的方法，其中所述不連續相由平均橫截面尺寸不超過所述噴嘴最小橫截面尺寸約50％的離散區形成。
39.權利要求35的方法，其中所述食品是甜食混合物。
40.權利要求35的方法，其中所述食品是冰淇淋產品混合物。
41.權利要求35的方法，其中所述混合物是乳液。
42.一種制備冷凍食品的方法，其包括以下過程形成至少包含CO2和食品的混合物；以至少足夠引起至少部分所述混合物相變和/或至少足夠基本上冷凍至少部分所述食品的CO2膨脹的速率，降低所述混合物上的壓力；和將所述食品放置在容器內，其中選擇所述容器的溫度和壓力使得所述容器可用于將所述食品傳送到人用于消費，當被人消費時，所述食品中存在消費者可察覺的二氧化碳水平。
43.權利要求42的方法，其中所述食品是甜食混合物。
44.權利要求42的方法，其中所述食品是冰淇淋產品混合物。
45.權利要求42的方法，其中所述混合物是乳液。
46.一種制品，其包含加壓到大于約2個大氣壓壓力(絕對)的容器，所述容器包含冷凍甜食。
47.權利要求46的制品，其中所述壓力大于約3個大氣壓(絕對)。
48.權利要求46的制品，其中所述壓力大于約4個大氣壓(絕對)。
49.權利要求46的制品，其中所述冷凍甜食包含人消費所述冷凍食品時可察覺量的二氧化碳。
50.一種制品，其包含在大于約2個大氣壓(絕對)的壓力下包裝的冰淇淋產品，所述冰淇淋產品包含人消費所述冰淇淋產品時可察覺量的二氧化碳。
51.權利要求50的制品，其中通過包括以下過程的方法來生產所述冰淇淋產品在足夠引起至少部分所述混合物相變和/或足夠基本上冷凍至少部分所述冰淇淋產品的壓力梯度中使CO2相變和/或膨脹。
52.權利要求50的制品，其中在充分暴露于環境溫度時，所述冰淇淋產品將融化到基本液體狀態。
53.權利要求50的制品，其中在充分暴露于環境壓力空氣時，所述冰淇淋產品將變成基本上不含CO2。
54.權利要求50的制品，其中在充分暴露于環境溫度時，所述冰淇淋產品將變成基本上不含CO2。
55.一種制備冷凍食品的方法，其包括以下過程形成至少包含CO2和食品的混合物，所述混合物包含不連續相；和在所述混合物中產生至少足夠冷凍所述混合物中至少部分CO2的壓力梯度條件下，使CO2和食品的所述混合物通過噴嘴。
56.權利要求55的方法，其中所述食品是甜食混合物。
57.權利要求55的方法，其中所述食品是冰淇淋產品混合物。
58.權利要求55的方法，其中所述混合物是乳液。
59.一種制品，其包含冷凍食品，所述冷凍食品包含人消費所述冷凍食品時可察覺量的固體二氧化碳。
60.權利要求59的制品，其中在充分暴露于環境溫度時，所述冷凍食品將融化到基本液體狀態。
61.權利要求59的制品，其中在充分暴露于環境壓力空氣時，所述冷凍食品將變成基本上不含CO2。
62.權利要求59的制品，其中在充分暴露于環境溫度時，所述冷凍食品將變成基本上不含CO2。
63.一種制品，其包含食品，所述食品通過在施加到所述食品和CO2的混合物的壓力梯度過程中發生的CO2的相變和/或膨脹而冷凍，所述冷凍食品包含人消費所述冷凍食品時可察覺量的二氧化碳。其中在充分暴露于環境溫度和壓力下時，所述食品融化到基本液體狀態。
64.權利要求63的制品，其中所述食品是甜食混合物。
65.權利要求63的制品，其中所述食品是冰淇淋產品混合物。
66.一種組合物，其包含碳酸化冰淇淋產品。
67.一種組合物，其包含碳酸化冰淇淋。
68.一種制品，其包含包含平均橫截面尺寸小于約500微米的顆粒的食品，其中所述食品包含人消費所述食品時可察覺量的CO2。
69.權利要求68的制品，其中所述平均橫截面尺寸小于約400微米。
70.權利要求68的制品，其中所述平均橫截面尺寸小于約300微米。
71.權利要求68的制品，其中所述CO2作為固體存在于所述食品中。
72.權利要求68的制品，其中所述食品的空隙體積分數至少0.5。
73.權利要求68的制品，其中所述食品的空隙體積分數至少0.6。
74.權利要求68的制品，其中所述食品是甜食混合物。
75.權利要求68的制品，其中所述食品是冰淇淋產品混合物。
76.一種方法，其包括用制冷劑冷卻食品以形成冷凍食品，其中當被人消費時，所述冷凍食品包含至少400ppm的制冷劑。
77.權利要求76的方法，其中所述冷凍食品包含至少約500ppm的制冷劑。
78.權利要求76的方法，其中所述制冷劑包含CO2。
79.權利要求76的設備，其中所述食品是甜食混合物。
80.權利要求76的設備，其中所述食品是冰淇淋產品混合物。
81.一種方法，其包括以下過程使至少包含液體CO2和冰淇淋產品混合物的混合物膨脹到至少足夠冷凍至少部分所述冰淇淋產品的體積。
82.一種制品，其包含有效熱傳導率為約0.05W/mk～約5W/mk的冷凍食品。
83.權利要求82的制品，其中所述有效熱傳導率為約0.1W/mk～約0.4W/mk。
84.權利要求82的制品，其中所述有效熱傳導率為約0.1W/mk～約0.3W/mk。
85.權利要求82的制品，其中所述食品是甜食混合物。
86.權利要求82的制品，其中所述食品是冰淇淋產品混合物。
87.一種方法，其包括以下過程將液體CO2引入到冰淇淋混合物中以產生碳酸化冰淇淋產品。
全文摘要
本發明一般地涉及冷凍食品，例如冷凍甜食比如冰淇淋。本發明的一個方面涉及碳酸化冷凍甜食和其它碳酸化冷凍食品。本發明的另一個方面涉及制備冷凍食品例如碳酸化冷凍甜食和其它食品的方法，以及冷凍其它流體例如水的方法。例如在冷凍甜食混合物之前，將二氧化碳(CO
文檔編號B65D85/78GK101060789SQ200580039430
公開日2007年10月24日 申請日期2005年11月17日 優先權日2004年11月17日
發明者約翰·G·布里松, 小約瑟夫·L·史密斯, 特里薩·D·貝克 申請人:麻省理工學院