CN106455619B - 生产冷冻食品的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了用于形成冷冻食品，特别是冷冻泡沫食品的方法和设备，其中所述产品含有具有优选在窄尺寸范围内的减小的平均尺寸的气泡或含有具有减小的尺寸的冰晶。

Description

生产冷冻食品的方法和设备

技术领域

本发明涉及泡沫产品，且更特别地，涉及用于改善冷或冷冻泡沫食品(包括冰淇淋和非乳制品泡沫产品例如糖衣(icings)和浇头(toppings))的稳定性和感官属性的方法和系统。

发明背景大多数冷冻产品具有不佳的导热性，因为冰是不佳的热导体。不佳的导热性显著减慢了冷冻过程，这对于许多冷冻产品而言负面影响了它们的质量。若另外使冷冻产品发泡，例如在冰淇淋中，则导热性尤其差，并且因此归因于缓慢冷冻的质量问题更加显著。

商业生产的冰淇淋产品本质上是发泡且冷冻的乳液。图1例示并概述了一种目前制造冷冻食品泡沫(例如冰淇淋)的方法的标准工艺流程图。首先将成分(105)混合在一起(110)，并随后用巴氏法灭菌(115)以杀灭微生物。随后将通过使混合物通过高压阀均质化(120)以提供更稳定的水包油(o/w)乳液。随后将均质化混合物与所需香料和色素(125)混合并允许其陈化(age)，例如在大约4.4℃(40℉)下持续一段合适的时间例如4至8小时。在陈化过程(130)期间，多种变化发生于包含在均质化混合物内的分散脂肪滴的表面上，并且这为混合物的部分聚结作准备。接着，通常在刮面式热交换器或冷冻器中将所述混合物部分冷冻。通常在该冷冻过程(140)期间将空气(135)引入所述混合物中，或者在一些情况下可使用各种预曝气器只是在冷冻器之前提供空气。接着，向产品中添加任何夹杂物和/或杂色(variegates)(145)。随后包装(150)所述产品并最终使其硬化。硬化(155)是该产品的更完整的冷冻以减少产品的未冷冻部分同时还增加粘度，并且通常在机械气流冷冻器中进行。对于一些产品(像花饰冰淇淋(ice cream novelties))而言，硬化步骤可在包装产品之前发生。

冰淇淋制造步骤通常包括：将液体和干成分混合；用巴氏法灭菌和均质化(以任意次序)，随后添加香料和色素。随后在陈化步骤期间使产品陈化，在这之后，引入空气。在陈化步骤期间，通常将均质化和经巴氏法灭菌的混合物冷却低至约1.7℃至4.4℃(35℉至40℉)并在槽中储存至少4个小时，伴随最小搅拌。陈化步骤的主要目的是促进脂肪的不稳定化。换句话说，陈化步骤为产品中的乳化剂提供从脂肪球表面替换蛋白质的时间，其减小了脂肪球的膜厚并使其更易于聚结。同样，陈化步骤为部分脂肪结晶提供时间，使得脂肪球也可部分聚结。通常约30％至约50％的脂肪在典型的陈化步骤期间结晶并且脂肪滴部分聚结产生脂肪滴网络。

在陈化之后，接着将泡沫产品送往常规的刮面式热交换器，其中使产品经受冷冻和曝气步骤。可使用例如机械预曝气器的设备在刮面式热交换器之前将空气并入经陈化的混合物中，或可直接将空气引入刮面式热交换器中。产品在刮面式热交换器内的典型停留时间通常在约30至120秒之间。在该冷冻和曝气步骤期间，空气泡被并入、分裂成较小的气泡并分布在冰淇淋产品内，同时该产品经历部分冷冻(冰淇淋中例如约30至50％的的水被冷冻)。通常还搅打或搅拌冰淇淋产品以进一步促进脂肪的不稳定化。在离开刮面式热交换器时，该冰淇淋产品展现约-6.7℃(20℉)的温度和通常介于约1000至5000厘泊之间的粘度。

在离开刮面式热交换器之后，随后将泡沫产品包装并随后使其在螺旋冷冻器或隧道式冷冻器中硬化。冰淇淋产品的目标最终温度介于-17.8℃(0℉)和-28.9℃(﹣20℉)之间，导致冷冻冰淇淋产品中约60至85％的水。硬化冷冻器中的停留时间非常依赖于众多参数，包括冰淇淋包装的尺寸和“膨胀度(overrun)”。术语“膨胀度”用于表示一个特定的冰淇淋含有多少空气或其它气体。其基本上是冰淇淋体积减去液体冰淇淋混合物的体积，除以液体冰淇淋混合物的体积的比率。所以，若50％的冰淇淋体积是空气，则膨胀度会是100％。

在冷冻泡沫例如冰淇淋中，增加膨胀度导致所需的其它成分(例如乳脂、碳水化合物、稳定剂等)的百分比降低，其反过来导致成本节约。冰淇淋产品中特别有价值的是乳脂成分的降低，其允许改善冰淇淋产品的食用特征和营养特征。通常会由于对于膨胀度的基于监管的限制(例如最大许可膨胀度)或因为膨胀度不利地影响泡沫产品的感官性质和物理性质(其可伴随太多的膨胀度增加而出现)而限制膨胀度。

在硬化步骤期间，机械冷冻器用冷空气冷却冰淇淋表面的外部或包装材料，并依赖包装材料和冰淇淋产品的导热性来冷却冰淇淋的剩余部分。但是，像冰淇淋一样的泡沫是非常差的热导体。由于这个原因，在硬化过程期间，冰淇淋的中心花费长时间来冷却。因此，在硬化过程的一大部分期间，大部分冰淇淋的粘度是低的。因此，在包装和硬化步骤期间，冰淇淋产品中的冰晶和空气泡的尺寸通常急剧增加。这些气泡的数量和尺寸大大影响最终泡沫产品的物理化学性质。特别地，在硬化步骤期间，由于气泡不均化和聚结，存在平均气泡尺寸和聚结的显著增加。

通常用于大多数市售冰淇淋产品的成分由以下组成：(i)乳脂；(ii)非脂乳固体(MSNF)，例如蛋白质、酪蛋白、乳清蛋白质等；(iii)碳水化合物(例如乳糖)和甜味剂，例如蔗糖或玉米糖浆；(iv)水；(v)稳定剂和表面活性剂，包括明胶、树胶、藻酸钠、角叉菜胶等，以及表面活性剂；(vi)乳化剂，例如单甘油酯、二甘油酯、聚山梨醇酯、聚甘油及其组合；和(vii)空气泡或其它气泡。

一般而言，乳脂通常代表约10至16重量％的液体冰淇淋混合物，并且向冰淇淋提供香味、质地(texture)和光滑。对于冰淇淋制造商而言，一个持续的挑战是降低冰淇淋产品中的乳脂含量同时维持冰淇淋的感官感觉和味道。

MSNF，且更特别地，MSNF内的蛋白质，改善了冰淇淋的质地(例如稠度(body)和咬感(bite))，并且还在冰淇淋产品的制造期间帮助乳化和搅打脂肪。将碳水化合物、甜味剂和任何添加的食品香精(flavorings)包括在内通常用以改善冰淇淋的味道，包括甜味、适口性和质地。所述碳水化合物还倾向于帮助冰淇淋产品的冰点降低，其改善冰淇淋产品的可舀性(scoopability)。水代表约55至64重量％的液体冰淇淋混合物并提供冰淇淋产品中的冰晶来源。若适当控制冰晶含量，则这也倾向于改善可舀性。稳定剂和表面活性剂用于在制造期间和之后增加冰淇淋产品的稳定性，并可能改善冰淇淋在消费时的感官感觉。最后，乳化剂主要通过替换脂肪滴表面上的蛋白质用于脂肪的不稳定化。

通常约30至50％的冰淇淋总体积是空气或另一气体，其用以改善消费者所需的味道(例如乳脂状(creaminess))和质地。

最终的冰淇淋产品的稳定性通过控制冰淇淋产品中的脂肪球、冰晶和空气泡球的尺寸和分布来实现。优化的脂肪球尺寸和分布通常在冰淇淋制造中的均质化、陈化和冷冻步骤期间实现。在陈化和冷冻冰淇淋混合物期间，脂肪滴部分聚结以在液体冰淇淋混合物内形成结构网络，并且这种脂肪滴网络覆盖引入的空气泡的表面以提供稳定性(参见图2)。图2描绘了例示典型泡沫食品(在加工期间)的微观结构的关键成分的放大视图。气泡(210)和冰晶(220)通常良好地遍布未冷冻的液相(240)的连续相分散。在制造过程期间，脂肪滴经历部分聚结，产生为产品提供支撑结构的3维网络。部分聚结的脂肪滴(230)的这种网络由于它们的疏水性质而倾向于粘住气泡的表面并因此有助于气泡的稳定性。脂肪的水平越低，所得的产品的气泡稳定性越低。在硬化的初始阶段期间，所述微观结构最易于改变。这主要是由于连续相的低粘度，其允许气泡和冰晶生长和形成沟流(channeling)。一旦硬化，变化的速率极低。

理想地，冰淇淋制造商将寻求开发主一种冰淇淋产品，其具有最小尺寸和最均匀分布的空气泡或气泡和冰晶，并在制造期间和之后均保持空气泡或气泡和冰晶的这种均匀分散。

许多泡沫产品例如冰淇淋(以及搅打奶油(whipped cream)、糖衣或浇头)中的稳定性问题的一个表现通常称作“纬度(altitude)问题”。纬度问题定义为由在途中发生的纬度变化引起的压力变化，运输或储存期间泡沫产品的质量和稳定性的降级。例如，当将泡沫产品从低纬度位置运输至高纬度位置时，邻近泡沫产品的环境压力降低。环境压力的这种变化引起泡沫产品中的气体膨胀，其反过来不利地影响泡沫结构的稳定性。在许多情况下，泡沫产品中的这种气体膨胀导致单独气泡的聚结，并最终导致沟道效应和气体从泡沫产品中逃逸。因为截留空气泡或气泡形成泡沫产品总体积的显著部分，所以截留空气泡或气泡由于压力变化的任何体积变化可导致产品损坏、泄漏和，在一些情况下，泡沫产品至更高纬度的运输期间的容器变形。另一方面，当将膨胀的泡沫产品从高纬度位置运输至较低纬度位置时，邻近泡沫产品的环境压力增加，引起泡沫收缩，其引起产品看起来缩小。

稳定性问题的另一表现是“收缩”。收缩本身是一个总括的术语(umbrella term)，其描述最终产品的体积减小，使得包装显得仅部分充满。收缩的主要原因是引起聚结的气泡稳定性的缺乏和气体从产品进一步的逃逸。纬度的变化可促进(precipitate)如上所述的收缩，但在许多情况下，在恒压下储存的产品也会经历收缩。

因此，在工业中存在对于以下方法的持续需要：其改善冰淇淋和其它食品泡沫的稳定性、均匀性和质量，并降低制造成本而没有不利地影响其质量。特别地，存在一种降低或减轻与许多冰淇淋和其它食品泡沫(例如搅打产品、糖衣和浇头以及其冷藏的，部分或完全冷冻的形式)中的纬度相关的稳定性问题的需要。

发明内容

本发明具有众多方面。

本发明的一个方面是用于形成冷冻泡沫食品的方法，其包括步骤：

(A)在发泡条件下将非毒性气体或气体混合物引入待发泡的产品中，以形成含有所述气体或气体混合物的气泡的泡沫产品，

(B)与步骤(A)同时或继步骤(A)之后，将所述泡沫产品在冷却条件下冷却，以形成部分冷冻的泡沫产品；和随后

(C)通过向部分冷冻的泡沫产品中添加多种具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸(如本文定义)的可食用材料的小块(bits)来增加所述部分冷冻的泡沫产品的粘度，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(-25F)的温度下，由此形成进一步冷冻的泡沫产品，和随后

(D)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的食品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此在冷冻泡沫食品中有效形成气泡的条件下形成所述冷冻泡沫食品，所述冷冻泡沫食品具有比通过以下方法形成的硬化产品中的平均气泡尺寸小至少15％的平均气泡尺寸：在与步骤(A)中相同的发泡条件下单独将空气作为气体或气体混合物引入待发泡的相同产品中以形成空气泡沫产品并以与步骤(A)相同关系且在与步骤(B)中相同的冷却条件下冷却所述空气泡沫产品以形成产品，该产品随后在与步骤(D)中相同的进一步冷却条件下进行硬化。

本发明的另一方面是用于形成冷冻泡沫食品的方法，其包括步骤：

(A)在发泡条件下将非毒性气体或气体混合物引入待发泡的产品中，以形成含有所述气体或气体混合物的气泡的泡沫产品，

(B)与步骤(A)同时或继步骤(A)之后，将所述泡沫产品在冷却条件下冷却，以形成部分冷冻的泡沫产品；和随后

(C)通过向部分冷冻的泡沫产品中添加多种具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸(如本文定义)的可食用材料的小块来增加所述部分冷冻的泡沫产品的粘度，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(﹣25F)的温度下，由此形成进一步冷冻的泡沫产品，和随后

(D)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的食品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此在冷冻泡沫食品中有效形成冰晶的条件下形成所述冷冻泡沫食品，所述冷冻泡沫食品具有比通过以下方法形成的硬化产品中的平均冰晶尺寸小至少15％的平均晶体尺寸：在与步骤(A)中相同的发泡条件下单独将空气作为气体或气体混合物引入待发泡的相同产品中以形成空气泡沫产品并以与步骤(A)相同关系且在与步骤(B)中相同的冷却条件下冷却所述空气泡沫产品以形成产品，该产品随后在与步骤(D)中相同的进一步冷却条件下进行硬化。

本发明的另一方面是用于形成冷冻泡沫食品的方法，其包括步骤：

(A)在发泡条件下将非毒性气体或气体混合物引入待发泡的产品中，以形成含有所述气体或气体混合物的气泡的泡沫产品，

(B)通过向部分冷冻的泡沫产品中添加多种具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸(如本文定义)的可食用材料的小块来增加所述部分冷冻的泡沫产品的粘度，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(﹣25F)的温度下，由此形成进一步冷冻的泡沫产品，和随后

(C)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的食品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此在冷冻泡沫食品中有效形成气泡的条件下形成所述冷冻泡沫食品，所述冷冻泡沫食品具有比通过以下方法形成的硬化产品中的平均气泡尺寸小至少15％的平均气泡尺寸：在与步骤(A)中相同的发泡条件下单独将空气作为气体或气体混合物引入待发泡的相同产品中以形成空气泡沫产品，该产品随后在与步骤(C)中相同的进一步冷却条件下进行硬化。

本发明的再一方面是用于形成冷冻泡沫食品的方法，其包括步骤：

(A)在发泡条件下将非毒性气体或气体混合物引入待发泡的产品中，以形成含有所述气体或气体混合物的气泡的泡沫产品，

(B)通过向部分冷冻的泡沫产品中添加多种具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸(如本文定义)的可食用材料的小块来增加所述部分冷冻的泡沫产品的粘度，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(﹣25F)的温度下，由此形成进一步冷冻的泡沫产品，和随后

(C)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的食品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此在冷冻泡沫食品中有效形成冰晶的条件下形成所述冷冻泡沫食品，所述冷冻泡沫食品具有比通过以下方法形成的硬化产品中的平均冰晶尺寸小至少15％的平均晶体尺寸：在与步骤(A)中相同的发泡条件下单独将空气作为气体或气体混合物引入待发泡的相同产品中以形成空气泡沫产品，该产品随后在与步骤(C)中相同的进一步冷却条件下进行硬化。

本发明的另一方面是用于形成冷冻食品的方法，其包括步骤：

(A)将可食用产品在冷却条件下冷却，以形成部分冷冻的食品；和随后

(B)通过向部分冷冻的产品中添加多种具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸(如本文定义)的可食用材料的小块来增加所述部分冷冻食品的粘度，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(﹣25F)的温度下，由此形成进一步冷冻的食品，和随后

(C)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的食品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此在冷冻泡沫食品中有效形成冰晶的条件下形成所述冷冻泡沫食品，所述冷冻泡沫食品具有比通过以下方法形成的硬化产品中的平均冰晶尺寸小至少15％的平均晶体尺寸：将所述产品在与步骤(A)中相同的冷却条件下冷却以形成产品，该产品随后在与步骤(C)中相同的进一步冷却条件下进行硬化。

在另一方面，本发明是用于形成冷冻泡沫食品的方法，其包括步骤：

(A)在发泡条件下将非毒性气体或气体混合物引入待发泡的产品中，以形成含有所述气体或气体混合物的气泡的泡沫产品，

(B)与步骤(A)同时或继步骤(A)之后，将所述泡沫产品在冷却条件下冷却，以形成部分冷冻的泡沫产品；和随后

(C)通过向部分冷冻的泡沫产品中添加多种具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸(如本文定义)的可食用材料的小块来增加所述部分冷冻的泡沫产品的粘度，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(﹣25F)的温度下，同时控制从所述小块至部分冷冻的泡沫产品的热传递速率和部分冷冻的泡沫产品粘度的增加速率两者，由此形成进一步冷冻的泡沫产品，和随后

(D)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的食品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此形成冷冻的泡沫食品。

本发明的另一方面是用于形成冷冻食品的方法，其包括步骤：

(A)将可食用产品在冷却条件下冷却，以形成部分冷冻的食品；和随后

(B)通过向部分冷冻的泡沫产品中添加多种具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸(如本文定义)的可食用材料的小块来增加所述部分冷冻的泡沫产品的粘度，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(﹣25F)的温度下，同时控制从所述小块至部分冷冻的泡沫产品的热传递速率和部分冷冻的泡沫产品粘度的增加速率两者，由此形成进一步冷冻的泡沫产品，和随后

(C)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的食品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此形成冷冻的泡沫食品。

以上发明的另外的优选方面包括，

(a)进行由次级流形成的多种小块的深度冷冻，通过将其浸没在液体冷冻剂(像液氮)中持续使其温度降至所需水平所需的时间量。

(b)将由次级流形成的深度冷冻的小块的平均温度控制在介于﹣45.6℃(-50℉)至(-73.3℃)(-100℉)之间，以避免外观问题(像最终硬化产品中的空隙)并避免操作问题(像管道冻结)。

(c)控制由部分冷冻泡沫的上述第二部分形成的多种小块的尺寸分布，使得这些小块的平均尺寸的标准偏差等于或低于15％，且更优选等于或低于5％，以避免操作问题(像管道冻结)。

(d)控制由部分冷冻泡沫的上述次级流形成的多种小块的平均尺寸为介于6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)之间，并优选平均小块尺寸为介于1.27cm至2.54cm(0.5至1英寸)之间并更优选为1.91cm(0.75英寸)，以避免操作问题(像管道冻结)。控制重组流中的百分比冷冻固体的增加为至少2重量％，并优选至少5％且更优选至少10重量％，其中冷冻固体的wt.％基于存在于步骤(A)(即引入气体或气体混合物)结束时的产品中的液体的量。

(e)使用以下方程式来控制热传递的初始速率，q/t，介于0.75和1.25BTU每分钟每磅总产品之间

其中，如下文更详细描述的，ρ＝冰淇淋的密度，k＝热传递系数，T_冰淇淋＝散装(bulk)冰淇淋的温度，T_小块＝深度冷冻的小块的温度，％SS＝总产品流量(flow rate)的次级流的重量百分比，r＝深度冷冻小块尺寸的一半。

(f)控制两部分重组之后的部分或全部管道的壁温，使得该壁温介于部分冷冻的产品正好在其被分成两股流之前的温度的+1.7℃(﹢3℉)和﹣1.7℃(﹣3℉)之间，且更优选若其与部分冷冻的产品在其被分成两部分之前的温度相同。

(g)在所有以上实施方式中略过所述硬化步骤。

如本文使用的小块的“尺寸”意为与该小块具有相同表面积的球体的直径。例如，具有1.91cm(0.75英寸)直径和1.27cm(0.5英寸)长度的圆柱形小块具有12.97cm²(2.01平方英寸)的表面积，而表面积为12.97cm²(2.01平方英寸)的球体的直径是2.10cm(0.81英寸)。因此，在该例示中小块的“尺寸”是2.10cm(0.81英寸)。

如本文使用的“平均气泡尺寸”和“平均冰晶尺寸”分别是产品中的气泡当量直径的平均值和冰晶的平均尺寸，其如下进行确定：使用设在可被控制在所需温度下的隔热室中的光学显微镜(40X放大倍数)分析气泡和冰晶。最初使待分析的产品在所述室中平衡至﹣24℃。随后从该产品的主体(mass)中间取出产品的一个切片，除去该切片的顶层并丢弃，并将该切片的剩余部分转移至已平衡至﹣15℃的显微镜载物片。该切片厚度为100至200μm(微米)，以提供用于观察的均匀的平面。包括存在于其中的气泡的该切片的照片通过光学显微镜在40X放大倍数下获得。追踪并分析气泡和冰晶的外形轮廓以用于当量直径。对于各样品，测量到气泡的最小当量直径300至最大当量直径350。将所测量的所有气泡的当量直径的平均值确定为泡沫产品的平均气泡尺寸。类似地，将所测量的所有冰晶的当量直径的平均值确定为泡沫产品的平均冰晶尺寸。

如本文使用的“从内部冷却”意为向产品中添加一种或更多种物体，该物体的温度低于向其中添加该物体的产品的温度，使得该一种或更多种物体直接接触该产品，其中该产品的温度包括该产品的内部中的温度通过从该产品至该一种或更多种物体的直接热传递被降低。优选地，该物体变为所述产品的一部分，其或者作为可在该产品中观察到的制品，或者通过使它们的主体变得完全并入该产品的主体中以便不可单独观察到。

附图简述

本发明的以上和其它方面、特征和优势将从以下附图中变得更加明显，其中：

图1是冰淇淋制造的现有技术方法的示意图；

图2是冷冻泡沫冰淇淋产品的微观结构的例示；

图3是包括本发明的实施方式的工艺流程图；

图4是适合用于产生气体或气体混合物的小气泡并将其引入泡沫食品中并且可用于实践本发明的预曝气器的横截面示意图；

图5是可用于制造冷冻小块的设备的例示，所述冷冻小块可用于调节根据本发明的食品的粘度；

图6是包括本发明的实施方式的另一工艺流程图；

图7是用于调节根据本发明的食品的粘度的实施方式的例示；

图8是显示现有技术方法相对按照本发明的方法的冰淇淋包装的中心处的温度变化的图。

发明详述

本发明可用于生产冷冻产品，其受益于冷冻和/或硬化的较快速率。所述冷冻产品可具有或可不具有分散在其中的气体。根据本发明形成的优选产品是可食用产品，例如冰淇淋、冻牛奶(ice milk)、冰冻果汁水(sherbet)、果汁冰水(sorbet)、糖水冰糕(waterice)、搅打奶油、浇头和糖霜(frosting)。可根据本发明生产的其它产品包括原料药(bulkpharmaceuticals)、宠物食品、金属、面包、面制糕点、可从其中制造焙烤产品的生面团、果汁和含肉产品。以下讨论使用冰淇淋作为示例性产品以例示本发明。

当本发明包括泡沫形成步骤时，其从待发泡的产品开始形成泡沫。待发泡的产品可通过将所需量的所需成分混合在一起来提供，或可通过由任何合适的来源获得它来提供，其中其已经通过将所需成分组合产生，使得操作者不需要将成分组合以提供待发泡的产品。例如，冰淇淋制造商可将所需成分组合以形成待发泡的预混合物，或者制造商可由独立的来源获得冰淇淋预混合物，其中已经组合所需成分。

当泡沫产品为期望时，待冷冻或待发泡的产品将包括固体，即所需最终产品的固体组分，和液体组分，其本身可为一种物质或液体物质的混合物。所述液体可具有一种或更多种溶解在其中的溶质。最典型的液体是水。除了水以外，或者代替水，可存在其它液体，例如油和/或醇。根据本发明待发泡的产品可含有1wt.％至99wt.％液体，优选30wt.％至95wt.％液体。

图3显示了本发明针对冷冻泡沫(例如冰淇淋)的示例性制造方法的细节。对于非泡沫冷冻产品的制造，在阶段(340)中简单地略过添加气体或气体混合物的步骤(335)。

若还未制备待发泡的产品，那么通过在步骤(310)中混合成分(305)来制备它。随后可在阶段(315)中对产品用巴氏法灭菌以杀灭微生物。随后可例如通过使产品通过高压釜在阶段(320)中使其均质化，以提供更加稳定的水包油(o/w)乳液，若该产品的组分证明此类处理是合理的话。若已制备待发泡的产品，则取消阶段(310)，并且如所需使产品直接经受阶段(315)和(320)。若需要，随后使产品与所需的香料和色素(325)混合，并可允许其在阶段(330)中陈化，例如在大约4.4℃(40℉)下持续例如4至8小时的合适的时长。在例如冰淇淋的产品的情况下，在陈化阶段期间，多种变化发生于包含在均质化组合物内的分散的脂肪滴的表面上，并且这为产品的部分聚结作准备。

阶段(340)表示部分冷冻泡沫产品的形成。若期望形成泡沫产品，则阶段(340)包括向产品中引入气体或气体混合物(335)。阶段(342)表示增加部分冷冻泡沫产品的粘度的步骤。这些阶段在下文更详细地描述。

在阶段(350)中任选地向产品中添加夹杂物和杂色(347)。可一起或单独添加所述夹杂物和杂色。随后可包装产品(阶段(360))并可使其经受硬化(阶段(370))。阶段(355)和(365)表示任选的粘度增加阶段，其各自可在阶段(345)以外存在，或代替阶段(345)。

气体或气体混合物

如图3中所见，阶段(335)表示向待发泡的产品中引入气体或气体混合物。该气体或气体混合物优选包含空气，或一种或更多种氩、氪或氙，或其混合物，或前述任何种与其它气体或气体混合物(例如空气)的混合物，其中该气体或气体混合物也可含有氮气。所使用的气体或气体混合物可为空气，或其可为具有大于空气的平均分子量的气体或气体混合物。向待发泡的产品中引入的气体或气体混合物的量与向其中引入气体或气体混合物的产品的量的比率优选为0.05:1至7.5:1，按体积计。在所需最终产品意欲为可食用的情况下，该气体或气体混合物优选为无毒的，由此意为在生产泡沫产品的过程中与气体接触，或在消耗泡沫产品的过程中摄取气体或气体产物不引起接触其或摄取其的人的死亡或疾病。因此认为气体例如氦、二氧化碳、氧、一氧化二氮、氩、氙、氪和氮是无毒的。

形成部分冷冻的泡沫产品

在阶段(340)中处理产品以将其部分冷冻，通常在刮面式冷冻器或其它功能等效的热交换器中。该阶段是优选的但是任选的，在于一些产品，例如非乳制品搅打浇头(non-dairy whipped toppings)，可无需该阶段来生产。

当包括阶段(340)时，并且当添加气体或气体混合物以形成泡沫时，可在该部分冷冻阶段(340)之前、期间或之前和期间两者向产品中引入该气体或气体混合物。采用用于向这种产品中进料气体的许多已知技术中的任何种向待发泡的产品中引入该气体或气体混合物。随后使产品经受部分冷冻步骤，其中优选使用常规刮面式热交换器形成部分冷冻的泡沫产品。该冷冻和“曝气”或充气(gassing)步骤以及刮面式热交换器的主要目的是：(i)通过将气泡结合和粉碎在泡沫产品内来吸入分散的泡沫产品；(ii)通过在泡沫产品内生成多个冰晶核来部分冷冻泡沫产品；和(iii)进一步搅打泡沫产品以进一步促进脂肪的不稳定化。该气体或气体混合物可在刮面式热交换器中直接并入产品中，或在刮面式热交换器之前使用一个或更多个高剪切混合设备、预曝气器、超声波或亚声速扩散器、鼓泡器和/或脱模工具。优选地，部分冷冻的泡沫产品含有小气泡并展现窄的气泡尺寸分布，不管在进料气体或气体混合物时还是通过在进料气体或气体混合物之后处理产物的方式获得气泡尺寸。因此，在一些实施方式中，最初形成的气泡比最终产品中所需的气泡大。

产品在刮面式热交换器内的典型的停留时间通常介于约30至120秒。在该冷冻和曝气步骤期间，气体或气体混合物的气泡被并入、分裂成较小的气泡并分布在产品内，同时该产品经历部分冷冻(例如产品中约20至50％的液体被冷冻)。通常还搅打或搅拌该产品以进一步促进脂肪的不稳定化。在离开刮面式热交换器时，该产品通常展现约﹣6.7℃(20℉)的温度和通常介于约1000至5000厘泊之间的粘度。在该阶段中形成的产品是部分冷冻的，由此意为其含有冰晶，但是柔软、柔韧和可变形的。通常高达50wt.％，并且一般地20wt.％至50wt.％的存在于该产品中的液体被冷冻。

在刮面式冷冻器出口处的冰淇淋的温度，也称为取出温度(draw temperature)，是确定刮面式冷冻器出口处的产品中及还有最终冷冻产品中的气泡和冰晶的平均尺寸的非常重要的参数。研究已显示增加取出温度增加了最终冷冻产品中的气泡和冰晶的平均尺寸。因此，为了更佳的产品质量，优选具有最低可能的取出温度。另一方面，若取出温度太低，则冰淇淋不会很好地流动，并因此引起许多问题(像过度管道压降)。

生成小气泡并将其引入待发泡的产品中的优选设备是预曝气器，如图4中所示。

图4是显示与设备相关的基本概念的示意图。所述设备包括两个圆盘(420,430)，其以相反方向互相靠近旋转。或者，一个圆盘可旋转而另一个保持静止。具有夹带的粗气泡的产品(440)(之前通过已进料至产品中的气体或气体混合物形成)在这两个圆盘之间流动并经历非常高的剪切速率，这引起气泡破裂。所述圆盘可具有销(pin)(425)，如图4中所见，其进一步减小所述圆盘之间的间隙，因此增加剪切。因此所述设备形成在泡沫产品(450)中的微细的、分散良好的气泡。在冰淇淋制造中，搅打器利用预曝气器在泡沫进入刮面式冷冻器之前并入气体。已知使用预曝气器减小冷冻产品中的平均气泡尺寸，由此提高其质量。基于文丘里原理操作的其它设备也可用作预曝气器。该技术优选采用可在待发泡的产品中提供小的、分散良好的气泡的预曝气器。低扩散性气体和快速冷却和冷冻步骤的使用大大减少了泡沫产品中这些气泡和冰晶的生长。

快速冷却/冷冻

冷冻泡沫产品(例如冰淇淋)中的气泡的尺寸和因此的性质可通过在泡沫产品制造期间最小化气泡的不均化和聚结来进一步改善，这通过在硬化步骤之前，且更优选在包装步骤之前和/或期间快速增加产品的粘度。优选地，部分冷冻泡沫产品的粘度通过快速冷却/冷冻包装步骤上游的产品的一部分(优选通过使用冷冻剂)，并随后将经冷却或冷冻的部分与产品的剩余部分重组，或通过在包装产品时直接通过原位注射冷冻剂来快速冷却产品来增加。快速冷却/冷冻还可通过在预曝气器中，在部分冷冻阶段中，和/或在向产品中添加夹杂物之前、期间或之后的该产品与冷冻剂的直接或间接热传递接触来提供。

将来自阶段(340)的部分冷冻泡沫产品进行处理以通过冷却或冷冻一些或全部的泡沫产品来增加其粘度。该快速冷却/冷冻步骤可在一个阶段(例如阶段(342))中或在两个或更多个阶段(如通过阶段(355)和(365)所表示)中进行。所述快速冷却或冷冻步骤快速增加泡沫产品的连续相的粘度。这种粘度增加进一步降低气体通过连续相的扩散性。所述粘度增加还减小相邻气泡聚结的倾向。该增加的粘度还减少冰晶尺寸的生长。最终结果是与通过现有技术制造的产品相比具有显著更低的平均气泡尺寸以及更低的平均冰晶尺寸的食品。

所述粘度增加步骤可通过使产品(不论在不在包装中)的外表面暴露于比该产品的温度冷的温度条件下实施。这种实践在产品的个体单元的质量相对小的情况下(例如冰淇淋的个体部分)特别有用。这种实践的实例包括将产品置于冷却器或冷冻器中或使产品通过冷却器或冷冻器，其中所述冷却器或冷冻器内的气氛比该产品的温度冷，或使该产品的外表面与较冷的气体、气体混合物或液化气体接触。优选通过从产品内部冷却该产品来实现一些或全部的粘度增加，例如采取如本文描述的方式，特别在该产品的质量相对大的时候。

图6显示快速冷却或冷冻技术的其它可能的实施方式。将来自阶段(340)的部分冷冻的泡沫产品流(例如离开刮面式冷冻器或其它功能等效的热交换器)分成至少两股流，即主干流和一个或更多个次级流。或者，在其它阶段进行所述产品流拆分，例如，在均质化(320)阶段之后或在陈化(330)阶段之后或在添加夹杂物和杂色(350)之后或在包装(360)之后或在硬化(370)之后。所述主干流优选为完整产品流的75％或更多，且更优选为完整产品流的约90％。将主干流在阶段(350)中任选添加夹杂物和杂色(347)之后直接从阶段(340)引向包装步骤(360)。夹杂物和杂色的添加可彼此分开发生。一个优选的实施方式是夹杂物的添加在将深度冷冻小块添加回至冰淇淋的剩余部分之前发生，而杂色添加在深度冷冻小块的添加之后发生。

冰淇淋产品的一个或更多个次级流(一起在本文中还称作“次级部分”)优选为完整产品流的25％或更少，并更优选为完整产品流的约10％。将次级部分转向阶段(342)，其中它形成为多个尺寸几乎均匀的小块。这些小块的平均尺寸介于6.35mm(0.25英寸)和5.1cm(2英寸)长，并更优选介于6.35mm(0.25英寸)上至3.18cm(1.25英寸)。一个小块的“尺寸”意为与该小块具有相同表面积的球体的直径。例如，具有1.9cm(0.75英寸)直径和1.27cm(0.5英寸)长度的圆柱形小块具有12.97cm²(2.01英寸)的表面积，而表面积为12.97cm²(2.01英寸)的球体的直径是2.1cm(0.81英寸)。因此，在该例示中小块的“尺寸”是2.1cm(0.81英寸)。这些小块的横截面可为圆形或非圆形。同样重要的是所述小块的尺寸几乎均匀，其中当量直径的优选标准偏差等于或小于15％，优选等于或小于10％，并更优选等于或低于5％。实际平均尺寸和小块与该平均值的偏差两者都是重要的参数，该参数决定所述方法的操作可靠性(如下文实施例中所讨论)。小块的平均尺寸也是重要的，因其控制如下文所解释的总冰淇淋的粘度增加速率。

具有这些尺寸特征的小块可采取众多方法中的任何种来形成。一种方法是通过向模具中添加材料来模制它们，定所述模具的尺寸以形成具有所需尺寸的小块。另一种方法是将材料从挤出机的出口孔口处挤出并随后切断已挤出的材料，其中定出口孔口的横截面积和挤出材料在其被切断时的长度的尺寸以提供所需尺寸。

这些尺寸几乎均匀的小块随后快速被冷冻。若快速冷冻通过与冷冻剂(像液氮或固体CO2雪)接触来进行，则是优选的。这些小块在快速冷冻过程期间的平均温度下降速率为至少11.1℃(20℉)每分钟并更优选至少16.7℃(30℉)每分钟。在快速冷却之后，所述冷冻小块的平均温度优选等于或低于﹣31.7℃(-25℉)，优选不低于﹣101.1℃((-150℉)，且更优选介于-45.6℃(-50℉)和-73.3℃(-100℉)之间。已发现当冷冻冰淇淋的平均温度低于-73.3℃(-100℉)时，在所述方法中存在操作问题并在最终的硬化产品中存在外观缺陷问题。冷冻泡沫小块的平均温度的影响在下文中的实施例中例示。冷冻冰淇淋小块的平均温度通过控制冰淇淋小块与冷冻剂或其它冷却介质的接触停留时间来控制。

随后在包装步骤之前或期间将冷冻小块均匀分布到主产品流中。该过冷小块的混合引起主干流温度快速下降，并因此快速增加其粘度。该实施方式是提供从产品内部快速冷却该产品的优选模式。这种快速增加粘度的方法对于包装尺寸不敏感，并且对于产品的导热性比目前的常规方法更不敏感。

将添加到产品中以便提供从该产品内部冷却的冷冻小块或任何其它产品优选遍及产品主体的内部地添加到产品中，并更优选均匀遍及该产品主体的内部地添加到产品中。

图7是示出将过冷侧流小块并入主产品流中的方法的示意图。使用成分进料器(715)将过冷小块(720)分布到主干流(710)中，所述进料器(715)也称作水果进料器，其在冰淇淋工业中通常用于将夹杂物(像饼干小块、水果等)并入冰淇淋中。优选加热管道(725)的壁，通过该管道(725)产品在该成分进料器和填充/包装机器之间移动。优选所述加热通过使热水循环通过外部夹套来实现。调节加热水平使得管道(725)的壁温介于阶段340出口处的部分冷冻产品的温度的±1.7℃(3℉)之间，且更优选等于阶段340出口处的部分冷冻产品的温度。壁的加热帮助减少所述方法中由于管道中的压降增加产生的操作问题(参见下文实施例)。壁的加热还允许使用与不添加冷冻冰淇淋小块的方法中会使用的相同的标准装备。另外，加热所述管道帮助防止不合意的最终产品外观。

在包装冰淇淋(735)中均匀分布的过冷小块充当内部制冷中心，其产生快速且均匀冷却和/或冷冻的产品(740)。这种使用过冷或冷冻产品小块重组至主产品流中，并优选至产品的内部和遍及产品的独特方法提供了在处理期间由于通过冷冻产品小块冷却的产品流的可用热传递表面积的增加引起的热传递速率的总体增加。

非常重要的是控制以下两个参数：(a)形成产品的第二部分的完整产品流的部分和(b)深度冷冻冰淇淋小块在其与主干流重组之前的平均温度。应当控制这两个参数使得在主干流和次级流重组之后，在两股流之间的所得的热传递导致主干流中固化和/或冷冻的产品的百分比增加至少2重量％，并优选至少5重量％且更优选至少10重量％，优选高达25或30重量％。固化的产品的重量％基于存在于步骤(A)结束时的产品中的液体的量，所述步骤(A)即引入气体或气体混合物(在存在冷却步骤的情况下，这可在冷却步骤的开始时，否则在粘度增加步骤的开始时)。正是固化产品百分比的这种增加导致粘度的增加，并因此导致与不经粘度增加步骤制造的产品相比较的最终产品中的更小的平均气泡和冰晶尺寸。

同样非常重要的是控制重组的冰淇淋流的粘度上升速率。若重组的冰淇淋流的粘度增加太快，则针对所述方法的专门装备的使用成为必需和/或导致主要操作问题和/或导致不合意的最终包装产品的外观。若冰淇淋的粘度增加太快，则其不会很好地流入包装中，产生最终硬化产品中的外观问题。优选在包装的时候，重组的产品的平均温度比阶段340出口处的产品的温度低不多于2.8℃(5°F)，并且更优选地比阶段340出口处的产品的温度低不多于1.1℃(2°F)。由于冷冻冰淇淋小块均匀分布在包装中，包装产品的平均温度在包装步骤之后持续降低。这种持续的温度降低是产品的改善的微观结构和质量的主要原因之一。另一方面，若重组流的粘度上升太慢，那么较小的气泡和冰晶平均尺寸的益处未完全实现。

重组流的粘度上升通过从暖主干流至显著更冷的冰淇淋小块的热传递速率来控制。在本发明中，这种粘度增加通过以下参数来控制：(a)形成产品的第二部分的完整产品流的部分，(b)在快速冷冻步骤之后的冰淇淋小块的平均温度，(c)由第二产品流形成的冰淇淋小块的平均尺寸。

在深度冷冻冰淇淋小块和冰淇淋的剩余部分之间的热传递主要经由传导发生。以下方程式，也称作傅里叶定律，通常用于描述传导现象：

方程式(2)中的变量(以及括号中的典型单位)的定义为：Q＝热传递量(BTU)，t＝时间(分钟)，q＝每单位质量的冰淇淋的热传递量(BTU每磅产品)，ρ＝冰淇淋的密度(每立方英尺的磅数)，V_冰淇淋＝冰淇淋的体积(立方英尺)，k＝热传递系数(BTU每英尺每华氏度每分钟)，A_小块＝跨热传递发生的面积或小块的表面积(平方英尺)，d＝跨热传递发生的长度(英尺)，T_冰淇淋＝散装冰淇淋的温度(华氏度)，T_小块＝深度冷冻小块的温度(华氏度)。

考虑形状为长度‘L’的立方体的重组的冰淇淋流和形状为尺寸‘2r’的球体的深度冷冻冰淇淋小块的控制体积(control volume)。重组的散装冰淇淋流的总体积和次级流的体积通过如下所示的侧流与总流的重量百分比(％SS)相关联。假定散装冰淇淋和小块的密度相同。

(％SS)*V_冰淇淋＝V_小块 (3)

V_冰淇淋＝L³ (4)

结合(3)、(4)和(5)

这给出

热传递长度‘d’是从深度冷冻小块的表面至代表散装冰淇淋的立方体的边缘的距离。这是跨热传递发生的典型长度。其被给定为

d＝L/2-r (8)

将方程式(7)替换为(8)，得到

同样

A_小块＝4πr² (10)

将方程式(7)、(9)和(10)替换到主热传导方程式(1)中，得到

当方程式(11)中的T_冰淇淋和T_小块是两股流就要重组时的它们的温度时，所获得的q/t是两股流之间的热传递的初始速率。当热传递持续时，这些温度持续变化。实际上，由于持续的热传递，深度冷冻小块的尺寸也由于小块的部分融化而发生改变。所有这些因素持续改变热传递速率。若知晓热传递的初始速率和本文描述的产品热性能，可能预测热传递的速率如何随着时间变化。在本发明中，将初始热传递速率控制在最佳范围之内以获得最佳结果。可能控制其他热传递参数并获得相同的结果。

在方程式(11)中，‘k’代表所述小块和所述产品的剩余部分之间的热传递系数。该‘k’值将随着产品性质(像百分比膨胀度和配方)而变。针对给定产品的‘k’值可通过进行实验来确定，在所述实验中，监控在添加回次级流之后的重组的产品流的平均温度下降。在这些初始实验中，任意地或基于对方法和产品的实验来选择参数(像冰淇淋温度和小块温度、小块尺寸和百分比次级流)。温度下降可采取许多方法进行监控，包括在产品中使用热电偶。将所测量的温度下降转化成初始热传递速率的标准公式为本领域的那些技术人员所知。一旦确定该初始热传递速率，q/t，方程式(11)可用于确定针对那种产品的‘k’值。或者，存在许多文献中可获得的经验主义、半经验主义和理论公式来计算各种冷冻食品中的热传递系数值。

本发明的一个重要的实施方式是方程式(11)中的初始热传递速率q/t的最佳范围为1.74kJ/kg至2.91kJ/kg(0.75至1.25BTU每磅)产品每分钟。一旦根据以上详细描述的步骤已确定针对特定产品的‘k’值，可调节T_冰淇淋、T_小块、％SS和小块的尺寸的值使得方程式(11)给出介于1.74kJ/kg和2.91kJ/kg(0.75和1.25BTU每磅)产品每分钟之间的初始热传递速率。例如，对于特定的冰淇淋产品，从实验确定k值为26.4J(0.025BTU)每2.54cm(1英寸)每分钟。对于具有479.3kg/m³(4磅每加仑)的密度的冰淇淋产品，在﹣6.7℃(20F)的取出温度下，对于20％次级流，和﹣59.4℃(-75F)的平均小块温度，方程式(11)给出1.80cm至2.31cm(0.71至0.91英寸)的最佳小块尺寸范围。若上述实例中的小块的平均温度为﹣101.1℃(-150F)，而不是-59.4℃(-75F)，那么最佳小块尺寸在2.39cm至3.10cm(0.94至1.22英寸)的范围内。若小块的平均温度变为﹣101.1℃(﹣150F)且另外百分比次级流减小至12.5重量％，那么最佳小块尺寸在1.65cm至2.13cm(0.65至0.84英寸)的范围内。小块的该最佳尺寸导致重组流的最佳粘度增加速率，使得所得的最终产品具有比不经粘度增加步骤将获得的小至少15％的气泡和冰晶尺寸。粘度增加的最佳速率还确保不存在操作问题(像管道冻结)和所得的最终产品不具有外观问题(像包装中不合意的空隙或非均匀填充的包装)。

本系统和方法的快速低温冷却方面的替代实施方式通过遵循图6中的虚线进行。特别地，可在气体混合步骤之前或在气体混合步骤之后立即将产品的次级流转移至低温冷却器或冷冻器中。还有其它实施方式包括将预包装流、包装流、硬化产品流或以上鉴定的转移流中的任何种的组合转移至低温冷却器或冷冻器中。本系统和方法的再一个实施方式包括快速低温冷冻或冷却夹杂物(例如水果、巧克力脆片)或杂色(例如糖浆)并在包装步骤之前或期间将低温冷却或冷冻的夹杂物或杂色并入冰淇淋流中。另一替代方案是形成次级流并因此形成颜色和/或香味不同于主干流的来自冰淇淋的深度冷冻小块，从而产生具有各种各样颜色和/或香味模式的合意外观的最终产品。采取这种方式，进一步增加在包装和硬化之前的重组泡沫产品的粘度。通过添加深度冷冻产品小块并将过冷或冷冻的产品小块均匀地分散在主干流内，进一步冷却重组的产品流。这种重组的产品流的部分冷冻快速增加了处理期间的产品粘度并显著减少了泡沫产品的包装和硬化期间的气泡聚结和不均化。在所有这些替代方案中，添加到主产品中的小块应当优选符合本文描述的添加到主产品中的小块的粒径、粒径分布和温度的性质。

图5是例示产生过冷小块的设备的示意图。将测流(510)挤出通过切割设备(520)，该设备(520)将产品分成小块(530)，其随后落入槽或容器(540)中的液氮或等效冷冻剂中。所述小块可采取其它方式进入槽或容器(540)中，例如在传送带上，或通过人工搬运。所述小块在浴中花费足量的时间使得它们可接近液氮温度。缓慢移动的浆(550)或等效设备优选搅拌所述小块并控制所述小块在冷冻剂中的停留时间以确保该小块以所需的平均温度离开该设备。设备例如具有挡板(cleats)的传送机(560)将所述小块运送出浴。所得的过冷小块(570)应当等于或低于﹣31.7℃(﹣25℉)，优选不低于-73.3℃(﹣100℉)。

这种使用重组至主产品流中并优选至产品的内部和遍及产品的过冷或冷冻产品小块的独特方法提供了在处理期间由于通过冷冻产品小块冷却的产品流的可用热传递表面积的增加引起的总的热传递速率增加。这种包括使用混合在大的主干流工艺流程中的过冷或冷冻片的独特先进的冷却技术可应用至除了食品泡沫以外的各种食品，例如果汁和其它液体或半固体食品。

从内部冷却产品的另一方法是通过多种薄导管或空心针将低温气体或液体注射到产品主体的内部。

应当进一步理解可通过本文描述的一个或更多个阶段有利地将低温气体或液体引入与所述产品接触，和/或至所述产品的内部。

包括硬化的进一步处理在粘度增加阶段之后，可通过进一步将其冷却来使食品硬化。这种冷却可使用使产品从其外部冷却的装备来进行，例如在螺旋冷冻器或隧道式冷冻器中。硬化产品的目标最终温度(例如在冰淇淋的情况下)介于-17.8℃和-28.9℃(0和﹣20℉)之间。所述硬化应当实现产品中存在的另外的液体的冷冻。还可在硬化阶段之前或之后或甚至期间将产品进行包装。

可用于在硬化阶段期间控制泡沫产品的粘度，并改善泡沫产品的稳定性的一种技术是在使泡沫产品泵送通过管道时或在包装泡沫产品时直接向其中引入冷冻剂。泡沫产品的直接冷却或冷冻阻止气泡扩散通过泡沫产品和扩散出泡沫产品外并还控制在包装和硬化期间发生的冰晶生长过程。实现这种替代的粘度调节和冰晶生长控制的优选方法是在将泡沫产品包装到其容器中时提供原位低温冷却或冷冻。还有一种实施方式主要包括间接冷却泵送泡沫通过的管道的外部。其它有用的技术包括本文描述的用于进行粘度增加步骤的那些。

小气泡尺寸的优势

由于表面张力，气泡内部的压力高于环境压力。气泡内部的压力是环境压力和表面张力项的总和；

(2σ/R)

其中σ是表面张力(其以每距离的力的单位表述，例如牛顿每米；

且R是气泡的半径。

因此，气泡的总直径越小，表面张力效应越大且因此气泡内部的压力也就越高。这也表示较小的气泡对于环境压力的改变较不敏感。

本发明提供进一步冷冻的产品，其中平均气泡尺寸比由相同的起始材料，用空气作为单独的气体或气体混合物进料以使产品发泡，并使用相同的处理条件但略去本文描述的粘度增加步骤来形成的产品的平均气泡尺寸小至少15％(优选小20％，并甚至更优选小至少25％)。较小的气泡显著改善冰淇淋和其它泡沫产品的味道和审美的“乳脂状”两者。较小的气泡还显示有助于在冷冻泡沫产品的初始制造期间以及在随后的运输和储存期间两者形成较小的冰晶。

较小的气泡还倾向于提供冷冻泡沫产品内的更强的微观结构以及改善的融化性质和增加的对于储存和运输期间的温度和压力波动的耐性。本质上，来自低扩散性气体例如氩或氪的气泡产生具有窄气泡尺寸分布的至少15％的尺寸的平均直径减小。这产生了更强且更稳定的冰淇淋结构，其不会那么快地融化；更耐受归因于纬度问题的压力波动并且更耐温度波动。当保持冰淇淋长期储存在冷冻器中时，这种改善特别普遍。同样重要的是，由在冰淇淋产品中使用较小气泡产生的冰淇淋产品的更强的微观结构还允许使用更少的乳脂(即更低重量％的乳脂)而不损害冰淇淋的感官方面。更少的乳脂产生降低的成本和改善的冰淇淋产品的食用和营养方面。

(通常冷冻的)泡沫产品内的较小直径气泡的另一优势是使用较小气泡，其导致较小的脂肪滴和改善的脂肪分散，其显著改善了例如冰淇淋产品的味道和感官方面。另外，较小的气泡直径还倾向于限制冷冻，和随后硬化期间的冰晶生长。更多的小气泡捕获泡沫产品内的冰晶并从而限制冰晶的增加或生长。

但是，现有生产的经验是较小的气泡预计更倾向于不均化或在泡沫产品之内和外部两者扩散气体分子。该现象是由于小气泡中的较高的内压。当气泡在产品内扩散时，进一步增加发生较小气泡向更大直径气泡的聚结。在硬化步骤期间，在许多冰淇淋生产过程期间，经常存在由不均化导致的平均气泡尺寸的显著增加，导致不佳的气泡稳定性。当冰淇淋产品硬化时，产品的粘度相应地增加且平均气泡尺寸稳定。减少冰淇淋产品中的气泡的不均化显著抑制气泡尺寸增长并改善冰淇淋产品中的气泡稳定性。

有利地，增强泡沫产品稳定性的本发明系统和方法还允许膨胀度增加，从而降低生产成本而没有对泡沫产品的质量产生任何不利影响。如前所述的膨胀度是泡沫中的气体体积与泡沫的非气体部分体积的比率。事实上，本发明系统和设备提供了对泡沫产品(例如冰淇淋)的感官特征的有益效果。与增加的膨胀度一起的是，存在对于关于最终泡沫产品的稳定性和感官特征的积极的协同效应。类似地，还实现硬化泡沫产品中的冰晶形成以及气体不均化速率和气泡尺寸和气泡尺寸分布生长速率的控制和改善。

冷冻和硬化步骤可为许多食品制造过程中的生产限制步骤。如本文所述的快速冷却/硬化步骤的使用还具有能够克服该生产限制的额外益处，从而允许制造商增加其生产能力。

以下实施例说明了本发明的主要原理和优势。冰淇淋已用于这些试验，但是任何冷冻产品都将展示类似的性能。

实施例1

针对使用图1中概述的方法，即根据常规冰淇淋制造方法制造的5％脂肪的冰淇淋进行试验。用空气使冰淇淋混合物发泡至100％膨胀度并使其在刮面式冷冻器中冷冻至其出口温度为-6.7℃至-5.6℃((20至22℉)。随后将冰淇淋包装在56盎司容器中并在具有﹣31.7℃(-25℉)的空气温度的冷冻器中机械硬化，直到冰淇淋的中心温度达到0℉。将最终的硬化冰淇淋针对其微观结构进行分析并且发现平均气泡尺寸为12.5μm(微米)和平均冰晶尺寸为35.3μm(微米)。

实施例2

重复实施例1中的试验，但在这种情况中，用空气使冰淇淋发泡至135％膨胀度(而不是实施例1中的100％膨胀度)。将最终的硬化冰淇淋针对其微观结构进行分析并且发现平均气泡尺寸为17.3μm(微米)和平均冰晶尺寸为47.2μm(微米)。

实施例3

针对使用图3中概述的方法，即根据本发明制造的5％脂肪的冰淇淋进行试验。用空气使冰淇淋混合物发泡至135％膨胀度并使其在刮面式冷冻器中冷冻至其出口温度为﹣6.7℃至-5.6℃(20至22℉)。随后将该出口流分成两股，其中次级流为总流流量的大约12.5重量％。用钢丝钳使该次级流通过挤出机设备，如图5中所示，其中多个小块形成为具有6.35mm(0.25英寸)的平均尺寸。该小块的平均尺寸的标准偏差为大约10％。随后将这些小块浸没在液氮中，如图5中所示，以使其冷冻至大约﹣101.1℃(-150℉)的平均温度。随后使用工业标准水果进料器将这些深度冷冻的冰淇淋小块添加回至初级流中。随后将重组的冰淇淋流包装在1.59kg(56盎司)容器中并在具有﹣31.7℃(-25℉)的空气温度的冷冻器中机械硬化，直到冰淇淋的中心温度达到-17.8℃(0℉)。

应当注意对于以上操作参数而言，如由方程式(11)确定的最佳小块尺寸在1.65cm至2.13cm(0.65至0.84英寸)的范围内。因此6.35mm(0.25英寸)的小块尺寸导致比最佳所需速率快得多的初始热传递速率。在该操作期间面临众多机械操作问题，伴随在用于向初级流中添加深度冷冻小块的水果进料器下游管道的频繁冻结。这些冻结是由于管道中的重组流的粘度的过度增加。这种过大的粘度导致在所述水果进料器进口处超过60磅每平方英寸的高管道压力。

实施例4

重复实施例3中的试验，但小块的平均尺寸为2.54cm(1英寸)(而不是实施例3中的6.35mm(0.25英寸))。该尺寸改变通过改变挤出设备(显示于图5中)上的挤出板的设计来实现。采用2.54cm(1英寸)的平均小块尺寸，管道中不再存在冻结。增加的小块尺寸降低了由于为从周围冰淇淋至过冷小块的热传递可用的较低的表面积引起的重组流的粘度增加的速率。但是，在水果进料器的开口处存在深度冷冻冰淇淋小块的频繁积聚，其引起频繁堵塞。所述积聚是由于在水果进料器的开口处的桥接(bridging)。

实施例5

重复实施例3中的试验，但小块的平均尺寸为1.9cm(0.75英寸)(而不是实施例3中的6.35mm(0.25英寸))。该小块尺寸在如通过方程式(11)计算的最佳范围内。在该平均尺寸下，不存在管道冻结问题或在水果进料器开口处的桥接问题。运行该过程数小时而没有任何操作问题。在水果进料器进口处的管道压力仅为103kPa至138kPa(15至20磅每平方英寸)。但是，重组流不会平滑地流入包装中，使得包装的某些部分未充满。

实施例6

重复实施例5中的试验，但是次级流流量为总流量的20％(而不是实施例5中的12.5％)。次级流流量的增加引起由于重组流的粘度增加的过大速率产生的频繁的管道冻结。

实施例7

重复实施例6中的试验，但使用针对生产的小块的平均尺寸的3％标准偏差设计的挤出设备。挤出设备的设计根据该领域中的现有技术(美国专利4,417,610)。归因于尺寸更加均匀的小块，甚至在20％次级流流量下，也不存在管道冷冻问题。但是，重组流不会平滑地流入包装中，使得包装的某些部分未充满，并且冰淇淋还具有不合意的粗糙外观。

实施例8

重复实施例7中的试验，但是将在水果进料器下游的管道壁加热使得其温度维持在﹣7.2℃至-6.7℃(19至20℉)。管道壁加热导致重组流平滑流入包装中。所得的最终硬化产品非常均匀地填充到包装中，并且冰淇淋的表面是光滑的。但是，在将硬化冰淇淋切片之后，注意到冰淇淋中存在一些内部空隙。冰淇淋小块的极低温度引起包围这些小块的冰淇淋在重组之后收缩。另外，所述小块的表面可吸收一些液体冷冻剂。该液体冷冻剂在所述小块与主干流重组时蒸发。这两个原因导致内部空隙。

实施例9

重复实施例8中的试验，但是次级流流量为12.5％(而不是实施例8的20％)。运行该过程数小时而没有任何操作问题，并且重组流平滑地流入包装中。所得的最终硬化产品非常均匀地填充到包装中。

将最终的硬化冰淇淋针对其微观结构进行分析并发现平均气泡尺寸为11.9μm(微米)和平均冰晶尺寸为31.7μm(微米)。微观结构数据显示与常规冰淇淋制造方法(实施例1和2)相比较的归因于本发明的冰淇淋质量的改善。

图8显示重组流在包装之后和在机械硬化期间的中心温度的下降速率。为了比较，该图还显示以上实施例2中的冰淇淋的中心温度。实施例9的温度下降速率比实施例2中的快得多。该温度下降导致粘度上升并因此导致与实施例2中的相比，在该产品中的更小的平均气泡和冰晶尺寸。

实施例10

重复实施例8中的试验，但是冷冻冰淇淋小块的平均温度为﹣59.4℃(-75℉)(而不是实施例8中的-101.1℃(-150℉))。冷冻小块的温度通过控制该小块与冷冻剂接触的停留时间来控制。所得的最终硬化冰淇淋在其被切片时具有不显着水平的内部空隙。冷冻冰淇淋小块的较高温度阻止由于冰淇淋的收缩和由于液态冷冻剂吸收形成的内部空隙的形成。与现有技术相比，已发现本发明的实践允许以甚至20重量％水平添加小块，同时在﹣6.7℃至-5.6℃(20F至22F)下排出产品至包装，然而现有技术教导已表明在此类高水平的小块添加下，排出至包装的温度必须增至﹣3.9℃(25F)，其与最终的冰淇淋产品的较差质量相关联。

从上述应当理解本发明因此提供了用于冷冻泡沫产品的改善的稳定性和感官特征的方法和系统。虽然本文公开的发明已借助与此相关的具体实施方式和方法或控制技术进行了描述，但是本领域的那些技术人员可对其作出众多修改和变型而不偏离如权利要求中所阐述的本发明的范围或牺牲其所有特征和优势。

关于前面的详述可作出各种修改和改变，并且本发明的某些实施方式对于本领域的那些技术人员将变得显而易见而不偏离本公开的精神。

Claims (14)

1.一种用于形成冷冻泡沫食品的方法，所述冷冻泡沫食品是冰淇淋，所述方法包括以下步骤：

(A)在发泡条件下将非毒性气体或气体混合物引入待发泡的产品中，以形成含有所述气体或气体混合物的气泡的泡沫产品，

(B)与步骤(A)同时或继步骤(A)之后，将所述泡沫产品在冷却条件下冷却，以形成部分冷冻的泡沫产品；和随后

(C)通过将产品流分成主干流和次级流来提高所述部分冷冻的泡沫产品的粘度，其中所述次级流被冷却以形成多个具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸的可食用材料的小块，所述可食用材料的小块被添加到所述主干流中，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中小块的尺寸意为与该小块具有相同表面积的球体的直径，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(-25°F)的温度下，由此形成进一步冷冻的泡沫产品，其中通过按照以下方程式控制所述小块与向其中添加所述小块的产品之间热传递速率q/t在1.74至2.10kJ/分钟/千克产品之间(0.75至1.25BTU/分钟/磅产品之间)来控制重组泡沫产品流的粘度提高速率：

其中k为所述小块与所述部分冷冻的泡沫产品的剩余部分之间热传递的热传递系数，以BTU/英尺/°F/分钟计，

ρ为所述冰淇淋的密度，以磅/立方英尺计，

％SS为侧流相对总流的重量百分比，

r为球形小块的半径，以英尺计，

T_主干流为所述部分冷冻的泡沫产品的主干流的温度，以°F计，并且

T_小块为小块的温度，以°F计，

和随后

(D)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的泡沫产品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此在冷冻泡沫食品中有效形成气泡的条件下形成所述冷冻泡沫食品，所述冷冻泡沫食品具有比通过以下方法形成的硬化产品中的平均气泡尺寸小至少15％的平均气泡尺寸：在与步骤(A)中相同的发泡条件下单独将空气作为气体或气体混合物引入待发泡的相同产品中以形成空气泡沫产品并以与步骤(A)相同关系且在与步骤(B)中相同的冷却条件下冷却所述空气泡沫产品以形成产品，该产品随后在与步骤(D)中相同的进一步冷却条件下进行硬化。

2.一种用于形成冷冻泡沫食品的方法，所述冷冻泡沫食品是冰淇淋，所述方法包括以下步骤：

(A)在发泡条件下将非毒性气体或气体混合物引入待发泡的产品中，以形成含有所述气体或气体混合物的气泡的泡沫产品，

(B)与步骤(A)同时或继步骤(A)之后，将所述泡沫产品在冷却条件下冷却，以形成部分冷冻的泡沫产品；和随后

(C)通过将产品流分成主干流和次级流来提高所述部分冷冻的泡沫产品的粘度，其中所述次级流被冷却以形成多个具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸的可食用材料的小块，所述可食用材料的小块被添加到所述主干流中，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中小块的尺寸意为与该小块具有相同表面积的球体的直径，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(-25°F)的温度下，由此形成进一步冷冻的泡沫产品，其中通过按照以下方程式控制所述小块与向其中添加所述小块的产品之间热传递速率q/t在1.74至2.10kJ/分钟/千克产品之间(0.75至1.25BTU/分钟/磅产品之间)来控制重组泡沫产品流的粘度提高速率：

其中k为所述小块与所述部分冷冻的泡沫产品的剩余部分之间热传递的热传递系数，以BTU/英尺/°F/分钟计，

ρ为所述冰淇淋的密度，以磅/立方英尺计，

％SS为侧流相对总流的重量百分比，

r为球形小块的半径，以英尺计，

T_主干流为所述部分冷冻的泡沫产品的主干流的温度，以°F计，并且

T_小块为小块的温度，以°F计，

和随后

(D)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的泡沫产品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此在冷冻泡沫食品中有效形成冰晶的条件下形成所述冷冻泡沫食品，所述冷冻泡沫食品具有比通过以下方法形成的硬化产品中的平均冰晶尺寸小至少15％的平均晶体尺寸：在与步骤(A)中相同的发泡条件下单独将空气作为气体或气体混合物引入待发泡的相同产品中以形成空气泡沫产品并以与步骤(A)相同关系且在与步骤(B)中相同的冷却条件下冷却所述空气泡沫产品以形成产品，该产品随后在与步骤(D)中相同的进一步冷却条件下进行硬化。

3.一种用于形成冷冻食品的方法，所述冷冻食品是冰淇淋，所述方法包括以下步骤：

(A)将可食用产品在冷却条件下冷却，以形成部分冷冻的食品；和随后

(B)通过将产品流分成主干流和次级流来提高所述部分冷冻的食品的粘度，其中所述次级流被冷却以形成多个具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸的可食用材料的小块，所述可食用材料的小块被添加到所述主干流中，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中小块的尺寸意为与该小块具有相同表面积的球体的直径，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(-25°F)的温度下，由此形成进一步冷冻的食品，其中通过按照以下方程式控制所述小块与向其中添加所述小块的产品之间热传递速率q/t在1.74至2.10kJ/分钟/千克产品之间(0.75至1.25BTU/分钟/磅产品之间)来控制重组泡沫产品流的粘度提高速率：

其中k为所述小块与所述部分冷冻的泡沫产品的剩余部分之间热传递的热传递系数，以BTU/英尺/°F/分钟计，

ρ为所述冰淇淋的密度，以磅/立方英尺计，

％SS为侧流相对总流的重量百分比，

r为球形小块的半径，以英尺计，

T_主干流为所述部分冷冻的泡沫产品的主干流的温度，以°F计，并且

T_小块为小块的温度，以°F计，和随后

(C)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的食品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此在冷冻泡沫食品中有效形成冰晶的条件下形成所述冷冻泡沫食品，所述冷冻泡沫食品具有比通过以下方法形成的硬化产品中的平均冰晶尺寸小至少15％的平均晶体尺寸：将所述产品在与步骤(A)中相同的冷却条件下冷却以形成产品，该产品随后在与步骤(B)中相同的进一步冷却条件下进行硬化。

4.一种用于形成冷冻泡沫食品的方法，所述冷冻泡沫食品是冰淇淋，所述方法包括以下步骤：

(A)在发泡条件下将非毒性气体或气体混合物引入待发泡的产品中，以形成含有所述气体或气体混合物的气泡的泡沫产品，

(B)通过将产品流分成主干流和次级流来提高所述泡沫产品的粘度，其中所述次级流被冷却以形成多个具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸的可食用材料的小块，所述可食用材料的小块被添加到所述主干流中，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中小块的尺寸意为与该小块具有相同表面积的球体的直径，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(-25°F)的温度下，由此形成进一步冷冻的泡沫产品，其中通过按照以下方程式控制所述小块与向其中添加所述小块的产品之间热传递速率q/t在1.74至2.10kJ/分钟/千克产品之间(0.75至1.25BTU/分钟/磅产品之间)来控制重组泡沫产品流的粘度提高速率：

其中k为所述小块与所述泡沫产品的剩余部分之间热传递的热传递系数，以BTU/英尺/°F/分钟计，

ρ为所述冰淇淋的密度，以磅/立方英尺计，

％SS为侧流相对总流的重量百分比，

r为球形小块的半径，以英尺计，

T_主干流为所述泡沫产品的主干流的温度，以°F计，并且

T_小块为小块的温度，以°F计，和随后

(C)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的泡沫产品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此在冷冻泡沫食品中有效形成气泡的条件下形成所述冷冻泡沫食品，所述冷冻泡沫食品具有比通过以下方法形成的硬化产品中的平均气泡尺寸小至少15％的平均气泡尺寸：在与步骤(A)中相同的发泡条件下单独将空气作为气体或气体混合物引入待发泡的相同产品中以形成空气泡沫产品，该产品随后在与步骤(C)中相同的进一步冷却条件下进行硬化。

5.一种用于形成冷冻泡沫食品的方法，所述冷冻泡沫食品是冰淇淋，所述方法包括以下步骤：

(A)在发泡条件下将非毒性气体或气体混合物引入待发泡的产品中，以形成含有所述气体或气体混合物的气泡的泡沫产品，

(B)通过将产品流分成主干流和次级流来提高所述泡沫产品的粘度，其中所述次级流被冷却以形成多个具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸的可食用材料的小块，所述可食用材料的小块被添加到所述主干流中，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中小块的尺寸意为与该小块具有相同表面积的球体的直径，其中添加的所述小块在小于﹣31.7℃(-25°F)的温度下，由此形成进一步冷冻的泡沫产品，其中通过按照以下方程式控制所述小块与向其中添加所述小块的产品之间热传递速率q/t在1.74至2.10kJ/分钟/千克产品之间(0.75至1.25BTU/分钟/磅产品之间)来控制重组泡沫产品流的粘度提高速率：

其中k为所述小块与所述泡沫产品的剩余部分之间热传递的热传递系数，以BTU/英尺/°F/分钟计，

ρ为所述冰淇淋的密度，以磅/立方英尺计，

％SS为侧流相对总流的重量百分比，

r为球形小块的半径，以英尺计，

T_主干流为所述泡沫产品的主干流的温度，以°F计，并且

T_小块为小块的温度，以°F计，和随后

(C)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的泡沫产品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此在冷冻泡沫食品中有效形成冰晶的条件下形成所述冷冻泡沫食品，所述冷冻泡沫食品具有比通过以下方法形成的硬化产品中的平均冰晶尺寸小至少15％的平均晶体尺寸：在与步骤(A)中相同的发泡条件下单独将空气作为气体或气体混合物引入待发泡的相同产品中以形成空气泡沫产品，该产品随后在与步骤(C)中相同的进一步冷却条件下进行硬化。

6.一种用于形成冷冻泡沫食品的方法，所述冷冻泡沫食品是冰淇淋，所述方法包括以下步骤：

(A)在发泡条件下将非毒性气体或气体混合物引入待发泡的产品中，以形成含有所述气体或气体混合物的气泡的泡沫产品，

(B)与步骤(A)同时或继步骤(A)之后，将所述泡沫产品在冷却条件下冷却，以形成部分冷冻的泡沫产品；和随后

(C)通过将产品流分成主干流和次级流来提高所述部分冷冻的泡沫产品的粘度，其中所述次级流被冷却以形成多个具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸的可食用材料的小块，所述可食用材料的小块被添加到所述主干流中，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中小块的尺寸意为与该小块具有相同表面积的球体的直径，其中添加的所述小块在﹣31.7℃(-25°F)以下的温度下，同时控制从所述小块至所述部分冷冻的泡沫产品的热传递速率和所述部分冷冻的泡沫产品粘度的增加速率两者，由此形成进一步冷冻的泡沫产品，其中通过按照以下方程式控制所述小块与向其中添加所述小块的产品之间热传递速率q/t在1.74至2.10kJ/分钟/千克产品之间(0.75至1.25BTU/分钟/磅产品之间)来控制重组泡沫产品流的粘度提高速率：

其中k为所述小块与所述部分冷冻的泡沫产品的剩余部分之间热传递的热传递系数，以BTU/英尺/°F/分钟计，

ρ为所述冰淇淋的密度，以磅/立方英尺计，

％SS为侧流相对总流的重量百分比，

r为球形小块的半径，以英尺计，

T_主干流为所述部分冷冻的泡沫产品的主干流的温度，以°F计，并且

T_小块为小块的温度，以°F计，和随后

(D)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的泡沫产品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此形成冷冻泡沫食品。

7.一种用于形成冷冻食品的方法，所述冷冻食品是冰淇淋，所述方法包括以下步骤：

(A)将可食用产品在冷却条件下冷却，以形成部分冷冻的食品；和随后

(B)通过将产品流分成主干流和次级流来提高所述部分冷冻的食品的粘度，其中所述次级流被冷却以形成多个具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)尺寸的可食用材料的小块，所述可食用材料的小块被添加到所述主干流中，其中添加的所述小块的尺寸分布具有小于或等于15％的标准偏差，其中小块的尺寸意为与该小块具有相同表面积的球体的直径，其中添加的所述小块在﹣31.7℃(-25°F)以下的温度下，同时控制从所述小块至所述部分冷冻的泡沫产品的热传递速率和所述部分冷冻的泡沫产品粘度的增加速率两者，由此形成进一步冷冻的食品，其中通过按照以下方程式控制所述小块与向其中添加所述小块的产品之间热传递速率q/t在1.74至2.10kJ/分钟/千克产品之间(0.75至1.25BTU/分钟/磅产品之间)来控制重组泡沫产品流的粘度提高速率：

其中k为所述小块与所述部分冷冻的泡沫产品的剩余部分之间热传递的热传递系数，以BTU/英尺/°F/分钟计，

ρ为所述冰淇淋的密度，以磅/立方英尺计，

％SS为侧流相对总流的重量百分比，

r为球形小块的半径，以英尺计，

T_主干流为所述部分冷冻的泡沫产品的主干流的温度，以°F计，并且T_小块为小块的温度，以°F计，和随后

(C)通过在进一步冷却条件下进一步冷却所述进一步冷冻的食品以冷冻其中另外的液体来使其硬化，由此形成冷冻泡沫食品。

8.权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述多个小块的添加导致向其中添加所述小块的产品中固化部分的百分比增加至少2重量％，其中固体的重量％是基于步骤(A)结束时的所述产品中存在的液体量。

9.权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述多个小块的添加导致向其中添加所述小块的产品中固化部分的百分比增加至少10重量％，其中固体的重量％是基于步骤(A)结束时的所述产品中存在的液体量。

10.权利要求1至7中任一项所述的方法，其中添加到所述产品中的所述小块在不低于﹣101.1℃(-150°F)的温度下。

11.权利要求1至7中任一项所述的方法，其中添加到所述产品中的所述小块在不低于﹣73.3℃(100°F)的温度下。

12.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述小块通过以下方法形成：挤出一部分所述部分冷冻产品流并将所述挤出流切割成所述小块，其中所述切割的挤出小块具有6.35mm至5.08cm(0.25至2英寸)的尺寸，并使所述小块与液体冷冻剂接触以使所述小块的温度降至小于﹣31.7℃(-25°F)。

13.权利要求1至7中任一项所述的方法，其中控制在两个部分已重组之后的部分或整个管道的壁温，使得所述壁温在所述部分冷冻产品就在其被分成两股流之前的温度的﹢1.7℃(+3℉)和﹣1.7℃(-3℉)之间。

14.一种冷冻食品，其通过根据权利要求1至7中任一项的方法制造。

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