CN113993386A - 用于制备婴儿配方物产品的气体注入挤出 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备婴儿配方物产品的方法，其包括：(a)对具有蛋白质组分和碳水化合物组分的含水混合物进行热处理步骤；(b)将含水混合物与脂质组分混合；(c)对包含脂质组分、碳水化合物组分和热处理的蛋白质组分的含水混合物进行均质化和乳化步骤，以获得总固含量为45‑80重量％的均质化的水包油乳剂；(d)将均质化的乳剂输送到挤出机中，独立地将可消化的碳水化合物和任选的膳食纤维添加到挤出机中，并挤出挤出机的内容物以获得挤出的充气材料，其中向挤出机中注入气体；(e)由挤出的充气材料制备婴儿配方物产品。本发明还涉及通过本发明的方法可获得的婴儿配方物产品和适于进行本发明的方法的模块化系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过挤出制备营养组合物、特别是其婴儿配方物产品的方法，涉及由此获得的营养组合物和适于进行本发明的方法的模块化系统。
背景技术
含有蛋白质组分、脂肪组分和碳水化合物组分的粉状营养组合物是众所周知的。它们旨在通常在食用前用液体复原。粉状营养组合物包括婴儿配方物、成长乳和用于临床营养的组合物，例如用于肠内喂食的组合物。通常，这类产品通过以下方法来制备：将所有成分与水混合；对液体混合物进行热处理以减少细菌载量；将混合物均质化；然后对其进行喷雾干燥。
挤出法是非常高效的方法，其使所需的水和能量的量显著减少至最低，并通常产生可被干燥并研磨成粉状物质的挤出物。迄今为止，使用挤出法产生粉状婴儿配方物是非常有限的，参见例如WO 2006/094995、WO 2011/15965653、WO 2014/066680、WO 2014/164956和US 2008/241337。本发明的发明人已开发出一种制备婴儿配方物的基于挤出的方法，该方法具有成本效益，并且产生优异的产品。
发明内容
本发明的发明人已开发出一种使用挤出制备婴儿配方物产品的方法。在本发明的方法中，小心地控制含水料流的浓度，使得每个必要的和优选的步骤最佳地进行，同时，加入的水的量和之后为了获得干燥的婴儿配方物而需要除去的水的量最小化。此外，本发明的方法在能量消耗和水利用方面是高效的。尽可能最小化和避免用于溶解组分或稀释料流的水量。因此，也使得为获得最终干燥粉末而进行的消耗能量的水去除最小化。
此外，在步骤(d)期间引入气体，并结合在步骤(e)期间的喷雾干燥，提供了与现有技术的婴儿配方物产品相比具有增加的孔隙率的婴儿配方物产品，两者均通过挤出法和喷雾干燥法获得。这种产品比常规的婴儿配方物产品具有提高的特性，尤其是溶解特性。因此，本发明还提供一种通过本发明的方法可获得的婴儿配方物产品，以及本发明的婴儿配方物产品或通过本发明的方法的婴儿配方物产品用于改进婴儿配方物产品的溶解特性、特别是改进的润湿性和起泡特性的用途。
本发明的方法的另一个优点是，其对不使用挤出的婴儿配方物产品的现有制备方法几乎不造成破坏，使得其易于改装到现有的加工厂中。在包括喷雾干燥步骤的常规方法中使用的硬件配置和机器方面，需要有限的适配性。此外，本发明的方法就原料而言是高度通用的，并且当使用用于婴儿配方物产品制备的常规原料时高效地操作。此外，本发明的方法能够非常好地考虑到原料组成的(自然)变化，因为在进行均质化步骤之前，可以根据需要监测和调节相关成分的水平。此外，以通过本发明的方法制备的每千克产品的资本费用表示的资本支出成本是非常有利的。
本发明的方法通过在所有阶段保持理想的低温度将施加在蛋白质组分上的热载量降低到最小。因此，与在加工过程中经受更高温度、特别是更高的挤出温度的婴儿配方物产品相比，所获得的婴儿配方物产品更好地模拟了人乳设定的黄金标准。
本发明的方法的另一个优点是热处理和未进行热处理的蛋白质都可以用作原料，因为它们可以在不同阶段进入方法中。然而，通过使蛋白质与液体料流接触而使它们进入方法中，使得它们通过形成围绕脂质组分的保护层和/或通过形成含脂质颗粒的一部分而不是作为单独的颗粒存在于婴儿配方物产品中，从而形成最终产品的必要部分。这与通过减少暴露在空气中来防止脂质氧化是特别相关的。
此外，本发明的方法能够在湿混合方法中使用高度浓缩的成分，从而最大限度地减少水的使用，同时防止发生设备结垢。
因此，本发明提供了一种灵活、平衡又高效的基于挤出的婴儿配方物制备方法，其能够使用容易获得的成分，其中对尽可能多的所需蛋白质(但排除尽可能多的所需脂质和碳水化合物)进行热处理步骤，如果需要，还可以在挤出步骤期间提供添加成分的空间。考虑到婴儿品制造厂应当生产不同的配方物以适应苛刻的市场，并使用尽可能简单和基本的加工线来供应所销售的所有产品，这种灵活性是一种优势。
通过本发明的方法获得的婴儿配方物产品显示出期望的复原(溶解)行为，而没有不期望的结块或粘连。本发明的方法提供了一种营养组合物，其在与液体(通常是水)混合时容易分散，得到蛋白质、脂肪和碳水化合物的均匀液体混合物，而没有可见的水相和非水相的分离。
此外，通过本发明的方法实现了婴儿配方物产品中所需的低水平的游离脂肪。
具体实施方式
本发明的方法用于制备婴儿配方物产品，并且包括以下步骤：
(a)对具有蛋白质组分和碳水化合物组分的含水混合物进行热处理步骤，
(b)将含水混合物与脂质组分混合，
(c)对包含脂质组分、碳水化合物组分和热处理的蛋白质组分的含水混合物进行均质化和乳化步骤，以获得总固含量为45-80重量％的均质化的水包油乳剂；
(d)将均质化的乳剂输送到挤出机中，独立地将可消化的碳水化合物(例如乳糖)和任选的膳食纤维添加到挤出机中，并挤出挤出机的内容物以获得挤出的充气材料，其中向挤出机中注入气体；
(e)由挤出的充气材料制备婴儿配方物产品。
在一个实施方案中，步骤(b)中的混合直接在步骤(a)的热处理之后进行，这意味着这在热处理的含水混合物没有实质性改变的情况下发生。在一个实施方案中，增加含水混合物的总固含量的步骤直接在步骤(a)的热处理之后进行，这意味着这在热处理的含水混合物没有实质性改变的情况下发生。在一个实施方案中，步骤(b)中的混合直接在增加含水混合物的总固含量的步骤之后进行，这意味着这在含有增加的总固含量的含水混合物没有实质性改变的情况下发生。在一个实施方案中，步骤(c)中的均质化和乳化直接在步骤(b)的混合之后进行，这意味着这在含水混合物没有实质性改变的情况下发生。在一个实施方案中，步骤(d)中的挤出直接在步骤(c)的均质化之后进行，这意味着这在均质化的乳剂没有实质性改变的情况下发生。在一个实施方案中，步骤(e)的制备直接在步骤(d)的挤出之后进行，没有实质性改变挤出材料。
在本发明的方法的一个实施方案中，步骤(e)包括喷雾干燥步骤。
在一个实施方案中，本发明的方法的温度不超过75℃，优选不超过70℃，除了步骤(a)的热处理和可能地，如果存在，作为步骤(e)的一部分的喷雾干燥。最终存在于婴儿配方物产品中的营养物优选不会不必要地暴露于不期望的高热载量。除了热处理步骤之外，如果是步骤(e)的一部分，喷雾干燥步骤中的温度也可超过75℃。由于步骤(d)中的气体注入，可以减少在喷雾干燥器中的停留时间，从而减少暴露于最终产品的热载量。此外，已发现喷雾干燥对蛋白质的天然性影响有限。
优选地，婴儿配方物产品是婴儿配方物、后续配方物(follow-on formula)、幼儿乳或成长乳。
在本发明的上下文中，含水混合物在许多阶段产生，并在随后的阶段再次使用。这种含水混合物是基于水作为液体的混合物，其中可以溶解或分散其他组分。在本发明的方法中，含水混合物经历数次处理，但所有这些时间都保持为含水混合物，直到进行挤出步骤，其中将混合物转化为干燥的挤出物。含水混合物也可以称为“含水料流”或仅为“料流”。在整个方法中，含水混合物的浓度可通过其总固含量进行定义。其表示为重量％，基于料流的总重量计。“固体”、“总固体”或“总固含量”是指含水料流中除水之外的所有组分，即使这些固体在环境条件下呈液态，如油。
原料和热处理步骤(a)
本发明方法中的一个步骤是步骤(a)，其中对具有蛋白质组分和碳水化合物组分的含水混合物进行热处理步骤。
具有蛋白质和碳水化合物组分的含水混合物优选由常规的和广泛可得的含有任何合适蛋白质水平、优选微量营养素的原料或来源组成，所述原料或来源可选自脱脂乳、乳清蛋白浓缩物(WPC)、乳清蛋白分离物(WPI)、乳蛋白分离物(MPI)、乳蛋白浓缩物(MPC)、脱矿乳清蛋白粉、脱脂乳浓缩物。由于本发明的方法中包括热处理步骤在选择含有蛋白质的原料时提供了第一灵活性，因此包含蛋白质组分的原料优选不进行热处理。通常，用于提供蛋白质组分的蛋白质源因此不是纯级或高级的，而是含有乳糖，因为乳糖作为这些乳蛋白源中的成分存在。因此，在一个优选的实施方案中，步骤(a)中使用的原料不包括不含大量乳蛋白的乳糖源。换句话说，基于干重计，步骤(a)的原料不包括纯度大于92重量％，优选大于90重量％，更优选大于85重量％的乳糖，因为这样的乳糖源，例如精制乳糖是高食品级的，并且优选在本发明的方法中在挤出步骤(d)期间原样加入。如果需要添加麦芽糖糊精，也最优选不在步骤(a)中添加，而是在下游添加，例如在挤出步骤(d)或挤出后的干混步骤中，以使热处理期间基于干重计的蛋白质水平尽可能高。
在一个优选的实施方案中，在步骤(a)中加入的碳水化合物组分包含天然存在于牛乳中的可消化的碳水化合物或由其组成，优选单糖和/或二糖。更优选地，碳水化合物组分包含乳糖，因为这是婴儿配方物的非常优选的组分并且天然存在于牛乳中。
在一个优选的实施方案中，步骤(a)的碳水化合物组分中含有的乳糖的量占通过本发明的方法制备的婴儿配方物产品的总乳糖含量的15至75重量％，基于干重计。更优选地，步骤(a)中的乳糖的量占通过本发明的方法制备的婴儿配方物产品的总乳糖含量的20至70重量％或22至65重量％，基于干重计。待包含在婴儿配方物产品中的任何剩余乳糖优选在步骤(d)和/或(e)中加入，最优选通过步骤(d)加入至少20、40或50重量％的待加入的剩余乳糖。
在一个优选的实施方案中，含水混合物中蛋白质与碳水化合物的重量比为1.0至0.01，更优选为0.5至0.05，最优选为0.2至0.1。含水混合物中蛋白质与碳水化合物的重量比是基于制备婴儿配方物的目的，并考虑了乳糖可在方法的更下游添加，即在挤出步骤(d)期间和/或添加到步骤(e)中的挤出材料中。
通常，将乳清蛋白源(优选脱脂乳、WPC和/或WPI)和酪蛋白源(优选乳蛋白源，更优选MPI和/或MPC)混合以获得蛋白质混合物。乳清蛋白源和乳蛋白源的混合比例取决于要制备的所需产品，通常乳清蛋白与酪蛋白的比例为9/1至1/9、优选5/1至1/5、更优选3/1至1/1、最优选约6/4。或者，乳清蛋白源和乳蛋白源混合的比例为1/9-1/9，更优选为1/2-2/1，最优选为约1/1，基于每种来源中蛋白质级分的重量计。
在一个优选的实施方案中，步骤(a)中包含的蛋白质的量占通过本发明获得的婴儿配方物中存在的总蛋白质的70至100重量％，基于干重计。优选地，所述蛋白质的量在80至100重量％，更优选90或95至100重量％。在步骤a)中添加如此大量的蛋白质，确保了水包油乳剂中蛋白质和油在方法的更下游的均匀且良好的乳化，以及蛋白质对油的截留。
通常，将婴儿配方物制备领域中常规的水溶性微量营养素(如维生素和矿物质)添加到步骤(a)的含水混合物中。虽然一种或多种成分可以是干燥形式，但优选它们是液体形式，优选浓缩形式。因此，由于含有浓缩物或干粉形式的这些维生素和矿物质，只需进行有限的不必要的水去除。在步骤a)中包含这些微量营养素的优点在于，它们完全整合到构成所获得的产品的粉末颗粒中。
原料优选以液体形式使用或以分批方式溶解，以提供含水混合物，从而控制所制备产品的成分的均匀性和浓度。
在步骤(a)中，对具有蛋白质组分和碳水化合物组分的含水混合物进行热处理步骤。优选地，在进行热处理之前，含水混合物完全溶解并且具有均匀的浓度。优选地，如果所提供的原料(例如脱脂乳和/或乳清蛋白浓缩物)以干燥形式用于婴儿配方物制备，则通过分批溶解获得含水混合物。本发明的方法非常适合大规模制备。因此，在一个实施方案中，将含水混合物以500-25000kg/h、优选1000-10000kg/h、最优选2500-6000kg/h的流速进料到步骤(a)的热处理中。
在步骤(a)中对包含蛋白质组分和碳水化合物组分的含水混合物进行热处理，该热处理被设计为获得微生物安全的蛋白质组分和具有良好保存期的婴儿配方物产品。可采用本领域已知的任何合适类型的热处理，例如巴氏杀菌或灭菌，如HTST、ESL、UHT、干热或湿热灭菌。本文所指的热处理的目的是将微生物载量降低至使得所得婴儿配方物产品不含微生物且安全地供婴儿食用的程度。特别是，对于蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)和阪崎肠杆菌(Enterobacter sakazakii)是安全的，例如2007年欧洲法规编号2073/2005(修正编号1441/2007)中所规定的。
有利地，不同于其中不需要对含水料流进行热处理的基于干混合的方法，将包含蛋白质组分的含水混合物作为本发明方法的主要部分进行热处理。因此，引入的蛋白质组分因此可以具有更多可变的等级或质量。在工业规模上进行这种集成热处理步骤的一个优点是，可以更好地控制和引导微生物安全，并防止所提供的蛋白质组分发生再污染。需要注意的是，喷雾干燥通常并在本文中不被视为杀微生物步骤。
优选对总固含量为15-40重量％，优选20-35重量％，更优选18-32重量％，最优选约25-32重量％的含水混合物进行热处理。在这种浓度下，热处理最优化地进行，因为在热处理步骤期间和之后对含水混合物进行了最佳的进一步处理，而且在可对含水混合物进行热处理之前在用于获得含水混合物的混合罐中进行。步骤(a)中混合物的总固含量是在防止设备(如混合罐、管道等)在总固含量过高时结垢并防止在热处理下游的步骤中不必要地去除过量的水之间寻求平衡的结果。
将步骤(a)中的含水混合物进行热处理，之后将其与步骤(b)中的脂质组分混合，使得能够在最佳的高总固体水平和蛋白质水平下工作，这意味着在高粘度条件下操作。此外，从步骤(a)中的热处理中排除脂质组分意味着本发明的方法消耗更少的能量。
优选地，在步骤(a)中不主动添加脂质组分作为纯的单一成分。脂质可以少量存在于进行步骤(a)的含水混合物中，因为它可存在于用于蛋白质组分和碳水化合物组分的来源中。当从步骤(a)开始存在脂质时，该方法是完全可操作的。
热处理的含水混合物的任选浓缩步骤
在热处理之后，但优选在添加脂质组分之前，可以浓缩含水混合物。浓缩可以通过本领域已知的任何方式完成，例如(部分)蒸发或过滤。在一个实施方案中，将步骤(a)中获得的含水混合物优选在减压和相对低的温度下进行水的部分蒸发。优选地，进行浓缩使得在添加脂质共混物之前，浓缩的含水混合物为35-60重量％总固体，优选35-55重量％总固体，更优选40-55重量％总固体，更优选40-51重量％总固体，最优选45-51重量％总固体。本发明的发明人发现，在添加脂质之后，这种浓缩提供了在进行均质化和挤出步骤之前的最佳浓度。如果在添加脂质共混物之后发生浓缩，则最终浓度可能稍高，以仍向挤出机中进料固含量为45-80重量％总固体、优选45-73重量％总固体、更优选53-68重量％总固体、最优选60-65重量％总固体的组合物。
因此，在一个优选的实施方案中，在与脂质组分混合之前，优选通过蒸发步骤，增加步骤(a)中获得的含水混合物的总固含量。在一个实施方案中，在浓缩步骤中，优选在蒸发器中除去的水的量为200-10000kg/h，优选为800-5000kg/h，最优选为1500-2500kg/h。
步骤(b)中脂肪组分的混入
在混合步骤(b)中，将步骤(a)中获得的含水混合物与脂质组分混合。混合可以以任何合适的方式进行，优选包括在线注入系统。在一个实施方案中，将含水混合物以300-20000kg/h、优选800-10000kg/h、最优选1500-5000kg/h的流速进料至步骤(b)。将在步骤(b)中添加的脂质组分优选以类似的流速进料至步骤(b)，因此为300-20000kg/h，优选为800-10000kg/h，最优选为1500-5000kg/h。在本发明的上下文中，尽管进行步骤(b)的温度不是关键的，但优选步骤(b)的温度为30-75℃，更优选为50-70℃，最优选为55-65℃。
在均质化和乳化之前加入脂质组分。如本领域所知，该脂质组分通常含有用于婴儿配方物制备所必需的和优选的脂质。优选地，其还含有脂溶性维生素。尽管可在均质化之前的任何点添加脂质组分，但其在热处理步骤之后添加。这是因为添加脂质组分会提高混合物的总固含量，而这在热处理步骤之前是不希望的。这样，在步骤(a)中热处理的混合物中可用的固含量的大部分空间被蛋白质组分占据，从而避免在该方法阶段不必要地包含脂质组分。
在步骤(b)中混合脂质组分导致总固含量增加5至25重量％，优选9至20重量％，更优选12至18重量％。
在步骤(b)中混合脂质组分后，获得总固含量为45-80重量％的组合物。优选地，在混入脂质组分后，所述组合物的总固含量为45-73重量％，优选为53-73重量％总固体，如60-73重量％，更优选为53-68重量％，优选为60-65重量％。
优选地，在步骤(b)中混入的脂质组分包含脂溶性维生素。
步骤(c)均质化和乳化以获得水包油乳剂
在步骤(c)中，对包含脂质组分、碳水化合物组分和热处理的蛋白质组分的含水混合物进行均质化和乳化，以获得均质化的水包油乳剂，其总固含量为45-80重量％，优选为45-73重量％总固体，更优选为53-73重量％，如60-73重量％，更优选为53-68重量％总固体，最优选为60-65重量％总固体。对于随后的挤出步骤，这种浓度是特别理想的，其中由于用于处理水包油乳剂的设备的限制，固含量不应超过指定的上限，并且不应低于下限，因为过多的水将不得不在下游去除。在一个实施方案中，将含水混合物以800-40000kg/h、优选2000-20000kg/h、最优选3000-7500kg/h的流速进料至步骤(c)。
进行步骤(c)的含水混合物优选基本上含有最终产品的所有脂质。含水混合物通常含有碳水化合物，例如来源于乳清蛋白源和/或乳蛋白源的乳糖，但是本发明的发明人已经发现在步骤(d)的挤出过程中可以添加另外需要的乳糖。
引入的含水混合物同时含有酪蛋白和乳清蛋白，优选以最终产品所需的比例，优选乳清蛋白与酪蛋白的比例为9/1至1/9，优选5/1至1/5，更优选3/1至1/1，最优选约6/4。发现在均质化之前同时存在乳清蛋白和酪蛋白是有利的，因为在均质化之后，优选在挤出之前，蛋白质按原样均匀分布在乳剂中，并且最终均匀分布在所获得的婴儿配方物产品中。
在开始挤出之前获得均匀的水包油乳剂的一个优点是，在整个组合物中获得了均匀分布的营养物，这比依靠挤出步骤进行均质化和乳化更容易实现。此外，该步骤顺序确保如此获得的乳剂含有被蛋白质层保护的脂质。这种保护很重要，因为干燥的婴儿产品需要组分一致且长期稳定。重要的是，在进行挤出之前，存在的游离脂肪(或未包封的脂肪)被降低到最少，并且在挤出过程中不会改变。因此，在方法的上游早期阶段，婴儿配方物的成分就已经得到保护，不会在不必要的空气暴露后变质(rancid)和氧化。
含有蛋白质组分、脂质组分和碳水化合物组分的含水混合物的均质化是本领域已知的，并且进行均质化的确切条件也是技术人员已知的。
优选地，均质化在50至80℃、优选54至76℃、更优选60至70℃的温度下并且优选在5秒内、更优选小于3秒内进行。指定的范围确保将蛋白质变性和热不稳定性组分的降解最小化，但足够高，仍能够在粘度良好的产品上合适地进行步骤(c)。
在一个优选的实施方案中，步骤(a)和(b)期间获得的总固含量为步骤(a)之后，15-40重量％，优选20-35重量％，最优选约25-32重量％；和步骤(b)之后，45-80重量％，优选45-73重量％总固体，更优选53-68重量％，或更优选60-65重量％，其中步骤(b)中的总固体增加是由于添加脂质和在添加脂质之前任选地包括浓缩步骤。重要的是，向挤出机中进料均质化的水包油乳剂，其总固含量为45–80重量％。
在一个实施方案中，水包油乳剂的粘度为10至2000mPa.s，优选为10至1500mPa.s，更优选为50至1200mPa.s，更优选为100至1000mPa.s，最优选为200至700mPa.s。
本文所指的粘度是在70℃下以1/1000s的剪切速率测量的，因为该温度代表了挤出机中的条件，使得技术人员能够在实验室规模上模拟这些条件，以快速评估所研究的特定婴儿配方物的性能。
可以使用任何合适的仪器测量粘度。为避免疑义，本文使用Anton
PhysicaMCR301(带锥板探针(锥角1°)，探针编号CP50 1 4310)测量粘度，以便在指定条件下进行测量。简而言之，粘度测量遵循第一步流程，其中剪切速率从1s-1增加到1000s-1，之后在峰值保持步骤中在70℃下以1000s-1的剪切速率测量粘度五次，并使用指定的仪器获取平均值。
步骤(d)挤出水包油乳剂
将均质化的水包油乳剂输送或运输到挤出机中，并且独立于乳剂，将可消化的碳水化合物(例如乳糖)和任选的膳食纤维添加到挤出机中，并且挤出挤出机的内容物以获得挤出材料。
在本文中，独立添加可消化的碳水化合物定义为通过不用于挤出机中进料水包油乳剂的入口而添加到挤出机中。在本文中，独立添加膳食纤维定义为通过不用于挤出机中进料水包油乳剂的入口而添加到挤出机中。尽管可消化的碳水化合物和碳水化合物可以通过挤出机的单个入口一起添加，但它们优选通过单独的入口添加。
挤出是本领域众所周知的，并且可以使用技术人员已知的任何方式。优选挤出在低于75℃，更优选低于70℃，如50-75℃，更优选60-70℃，最优选62-68℃的温度下进行。高于这些温度时，蛋白质会发生不必要的变性，这对于婴儿配方物是不希望的。发明人发现指定的温度范围不会影响最终产品的性能。
通常，水包油乳剂在挤出机的一侧进入挤出机。在挤出机内部，螺杆的运动使其向前运动。在挤出机内的停留时间优选为30秒至3分钟，例如50秒至2分钟。但优选地，与婴儿配方物配方制备中使用的现有挤出步骤相比，时间缩短，因为引入的料流在所需的最终营养物组成方面更均化和更完整。因此，更优选的停留时间低于50秒，例如20至50秒。在一个实施方案中，挤出机以2000-60000kg/h，优选5000-30000kg/h，最优选7500-15000kg/h的流速运行。
挤出过程中施加在组合物上的压力优选为20kPa至10MPa。
进料到挤出机中的水包油乳剂的总固含量为45-80重量％总固体，优选45-73重量％总固体，更优选53-73重量％，如60-73重量％，更优选53-68重量％总固体，最优选60-65重量％总固体。本发明的发明人已经发现，这种浓度在最终产品特性以及方法效率两方面均提供了最佳结果。值得注意的是，在挤出步骤之前需要添加到含水混合物中的水的量保持在最低限度，而挤出仍以最佳方式进行。
本发明的发明人发现，在挤出过程中可以有利地加入一些通常掺入本发明的营养组合物中的固体物质。在婴儿配方物制备过程中，通常以固体形式添加成分如乳糖和膳食纤维。此外，从制备角度来看，在均质化步骤(c)期间存在所有乳糖和膳食纤维以获得最终婴儿配方物产品并不重要。因此，在挤出过程中添加乳糖和任选的膳食纤维。
在一个实施方案中，在步骤(d)中加入的乳糖的量占步骤(e)中获得的婴儿配方物中所含乳糖总量的0至70重量％，优选2至70重量％(基于干重计)。优选地，该量为0至50重量％或25至50重量％。
在一个替代的实施方案中，在步骤(d)中加入的乳糖的量为步骤(e)中获得的婴儿配方物的总干重的0至40重量％，优选2至40重量％。更优选地，该量为0至30重量％，最优选2至30重量％。
在步骤(d)中添加的可消化的碳水化合物优选包含乳糖和/或麦芽糖糊精或由乳糖和/或麦芽糖糊精组成。
在一个优选的实施方案中，进料到挤出机中的可消化的碳水化合物(例如乳糖和/或麦芽糖糊精)具有(婴儿)食品级质量并且具有大于90重量％，优选大于95％的纯度。本文的纯度是指以干重表示的预期成分的存在，因此明确排除了作为杂质的水。由于乳糖和/或麦芽糖糊精是以干燥形式添加的，因此可防止大量的水进入制备方法中，因此之后无需再次去除水。因此，液体料流的管理变得更加高效。在挤出过程中添加这些成分减少了水添加的需要，并允许在挤出步骤的上游存在更高的总蛋白质固体。
乳糖和/或麦芽糖糊精在挤出机中的添加点优选在添加膳食纤维以帮助可消化的碳水化合物溶解之前。膳食纤维，如低聚半乳糖，可以在挤出过程的后期添加，因为这些纤维可以作为浓缩液体添加。
在一个实施方案中，在挤出过程中加入用于制备婴儿配方物所需的一些蛋白质。本发明的方法允许存在这样的灵活性，因为在步骤(c)中所有脂质已经与蛋白质完全乳化。优选地，在步骤(d)中添加0至30重量％的婴儿配方物产品的总蛋白质组分，更优选0至20或最优选0至10重量％的总蛋白质。
在一个优选的实施方案中，在挤出过程中加入干燥的乳糖粉末和/或干燥的麦芽糖糊精粉末。
在一个优选的实施方案中，膳食纤维以浓缩液体或糖浆的形式加入，如低聚半乳糖。
在一个优选的实施方案中，添加的可消化碳水化合物，主要是乳糖和/或麦芽糖糊精和任选的膳食纤维的量使得离开挤出机的物料的总固含量为75-90重量％，优选为75-88重量％，更优选为80-88重量％，最优选为83-87重量％。
在挤出过程中，向挤出机中注入气体。气体注入发生在两个入口的下游，所述入口用于添加乳剂、碳水化合物和任选的膳食纤维以及可以添加到挤出机中的任何其他物质。在挤出步骤(d)中，将水包油乳剂与气体混合，以获得均匀的充气结构。在搅拌乳剂的步骤中注入气体最终产生具有充气结构的挤出物。在本发明的上下文中，“充气”是指含有截留气体的气泡的固体或液体基质。这种气体注入有利于获得粉状乳的功能和使用特性，例如密度、孔隙率、润湿性以及完全和瞬时的再水化能力。此外，挤出物的充气结构通过显著增加被挤出的乳剂和环境介质之间的交换表面积，并由此促进蒸汽的转移，从而促进其随后的干燥。此外，充气挤出物比非充气挤出物具有更低的粘度和更好的流动性，这有利于进一步处理，例如干燥。本发明的发明人发现，充气增加了挤出物的流动性，并防止了不可能进料到喷雾干燥器的糊状结构。作为步骤(e)的一部分，这种糊状挤出物应通过风干薄层挤出物(硬化)并研磨干燥的材料而转化成粉末。这种干燥步骤提供了具有比喷雾干燥粉末更差的复原和溶解特性的粉末。相反，本发明的充气确保了足够的流动性和足够低的粘度，使得挤出物可以进料到喷雾干燥器，以将挤出物转化成粉末。此外，发现粉末的充气减少了粉末复原后的起泡。在婴儿配方物产品的情况下，起泡是不希望的，因为泡沫很大程度上粘在瓶上，因此在喂食时留在瓶中，从而潜在地在瓶中留下重要的营养物。因此，从用户体验的角度来看，复原后直接较少的泡沫是优选的。此外，泡沫消失得更快是优选的，使得在喂食事件结束之前，更多的营养物通过液体被吸收。如实施例所示，与常规婴儿配方物产品相比，本发明的婴儿配方物产品在复原时产生较少的泡沫。
挤出过程中的这种充气可以在本领域已知的挤出机-充气机中进行，例如相互啮合的双螺杆挤出机-充气机。可以使用任何合适的气体注入挤出机中，优选使用惰性气体如氮气(N2)或二氧化碳(CO2)，最优选使用N2。N2的使用提供了特别有利的溶解特性。优选地，每kg被挤出的乳剂的总重量注入0.3-4.0L，更优选0.5-2.0L，最优选0.8-1.0L的气体(在环境条件下)，其中总重量是指乳剂、可消化的碳水化合物和可以在气体注入上游单独添加到挤出机中的任何其他物质的总重量。
关于如何进行气体注入的进一步指导，技术人员可参见US 8268378或Bouvier etal.Dairy Sci&Technol.2013,93,387-399，其通过引用纳入本文。
挤出材料也可称为挤出的充气材料或简称为挤出物。挤出物具有多孔结构，通常为泡沫形式。挤出物含有各种尺寸的孔或空隙，其中注入到挤出机中的气体被截留在这些空隙中。挤出材料优选基本上含有婴儿配方物在营养上所需的所有蛋白质和/或脂质。换句话说，不需要向挤出材料中添加脂质和/或蛋白质。因此，不需要与其他蛋白质组分如脱脂乳进行干混，从而避免了由于加入类似脱脂乳的产品而导致最终产品具有不期望的宽的或不均匀的粒度分布。这样，获得了理想的均匀颗粒密度分布。此外，由于在这种天然产品中存在矿物质，在这种方法的下游部分添加乳蛋白源或牛乳蛋白源会干扰矿物质组成。
在本发明的上下文中，膳食纤维与不可消化的低聚糖和多聚糖同义，最优选低聚半乳糖、低聚果糖、多聚果糖及其混合物。
步骤(e)由挤出材料制备婴儿配方物
挤出步骤提供了包含基本上所有已加入挤出机的固体的挤出材料，包括水包油乳剂的固体和挤出过程中另外加入的任何固体。挤出材料也可称为挤出混合物或挤出物，通常为小颗粒形式。
在一个优选的实施方案中，挤出材料在离开挤出机时已经是营养完全的，并且在营养上符合婴儿配方物的要求。在这种情况下，步骤(e)的制备包括常规的步骤，如干燥、研磨和/或包装，使得挤出材料被制备为作为婴儿配方物产品出售。在这种情况下，不需要且在步骤(e)中不包括进一步的营养适配。
或者，步骤(e)中的制备还包括一些对挤出材料的营养补充，以得到营养完全的婴儿配方物产品。优选地，营养补充包括缺失的营养物或缺失量的营养物的干混。或者，任何所需的补充都在方法的早期阶段进行，例如在步骤(a)之前、在步骤(b)的混合期间和/或在步骤(d)的挤出期间，使得在步骤(e)期间不需要进一步的补充。
在一个实施方案中，这种补充包括添加可能需要的乳糖和/或矿物质和/或维生素，以提供营养完全的配方物。
在一个优选的实施方案中，将可消化的碳水化合物(优选乳糖，但也可以指麦芽糖糊精)和/或微量营养素添加到挤出材料中以提供婴儿配方物。将乳糖和/或麦芽糖糊精添加到婴儿配方物产品中以提供婴儿配方物可以有利地使用具有充分重叠的粒度分布或落入挤出材料的分布内的分布的来源来完成，从而不会导致对粉末颗粒性质和行为(例如流动性)产生不利影响的不平衡分布，这可能是由在该方法阶段添加乳蛋白源引起的。市售乳糖或麦芽糖糊精的粒度分布由供应商根据要求容易地控制，并可容易地由技术人员确定。添加到挤出材料中的乳糖和/或麦芽糖糊精的量为基于获得的最终婴儿配方物的干重计0至40重量％，优选0至30重量％。或者，添加到挤出材料中的乳糖的量为基于获得的最终婴儿配方物中乳糖的总量计0至70重量％，更优选0至50重量％。对于麦芽糖糊精，添加到挤出材料中的更优选的量为基于获得的最终婴儿配方物的干重计1至20重量％，优选1至15重量％。
挤出材料的总固含量通常为75-90重量％，优选为75-88重量％，更优选为80-88重量％，最优选为83-87重量％。
在一个优选的实施方案中，作为步骤(e)的一部分，对挤出材料进行干燥步骤以进一步降低水分含量。这种干燥可以通过本领域已知的任何方式进行，例如急骤干燥、真空干燥、带式干燥、微波干燥、红外干燥和喷雾干燥。这种干燥步骤可以在2000–40000kg/h，优选4000–20000kg/h，最优选6000–12000kg/h的流速下进行。干燥后的最终水分含量优选为0.5–5重量％，优选为1–4重量％，更优选为2–3.5重量％，最优选为2.5–3重量％，基于产品的总重量计。这种低水分含量使婴儿配方物产品具有更长的保存期，例如至少12个月。
在一个优选的实施方案中，步骤(e)包括喷雾干燥步骤。发现喷雾干燥进一步提高了粉末颗粒的孔隙率，从而提高其溶解度。喷雾干燥可以通过本领域已知的任何方式进行。通常，喷雾干燥器在入口温度为170–220℃且出口温度为40–90℃下进行。在一个优选的实施方案中，出口温度为45–85℃。喷雾干燥器的停留时间可以低至10–20s，因为挤出物的多孔结构允许更快的水分转移，从而更快的干燥。此外，与通常在55–95℃下运行的常规喷雾干燥器相比，出口温度可以降低。
在喷雾干燥过程中，截留在挤出物气泡内的气体膨胀，从而形成中空颗粒。由于挤出物中存在许多小气泡，因此在喷雾干燥过程中形成了高度多孔的颗粒。
上述其他类型的干燥也是可行的。由于步骤(d)中的气体注入，所得产品的孔隙率仍将增加，但未实现通过喷雾干燥器实现的孔隙率的另外增加。尽管如此，此类产品适合作为婴儿配方物产品。
在一个优选的实施方案中，作为步骤(e)的一部分，研磨挤出材料，优选干燥的挤出材料。优选地，进行研磨以获得自由流动的粉末。如果干燥步骤不通过喷雾干燥而是例如使用带式干燥器或急骤干燥器进行，则研磨是特别优选的。当使用喷雾干燥时，可以有利地省略研磨步骤。
因此，根据本发明的方法的产品是婴儿配方物产品，并且当其离开挤出机时优选是营养完全的。优选地，婴儿配方物产品是婴儿配方物、后续配方物、幼儿乳或成长乳。
营养完全的配方物或婴儿配方物产品是一种干燥的粉末，只需要在规定量的水中复原，即可得到适合使用婴儿奶瓶喂食的即食产品。
本发明的婴儿配方物产品为粉末形式，并且旨在用液体(通常是水)复原，以便获得可用于向婴儿提供营养的婴儿配方物产品。粉末有利地是自由流动的粉末，使得它可以容易地被舀出和测量。本发明的产品在环境温度下容易溶解在水中，以制备立即食用的即食产品。即食产品在婴儿食用所需的时间内是稳定的，特别是它们含有稳定的乳剂。此外，基于总脂质含量计，期望存在的游离脂肪较低，通常低于2重量％或甚至低于1.5重量％或低于1重量％。由于游离脂肪在储存过程中易于氧化，因此其含量优选尽可能低。值得注意的是，期望在均质化步骤后观察到的游离脂肪含量在本发明的方法的挤出和其他步骤后保持很低。这些低游离脂肪含量取决于最终产品。
优选地，通过本发明的方法获得的产品是婴儿配方物。本文中的婴儿配方物定义为营养完全的配方物，并且包括婴儿配方物(意指用于0至6月龄的婴儿)、后续配方物(意指用于6至12月龄的婴儿)和幼儿乳或成长乳(意指用于1至3岁的幼儿或儿童)。
本发明的婴儿配方物包含法律规定的必需常量营养素和微量营养素或优选由其组成。此类要求通常由监管机构规定，如欧盟指令91/321/EEC和2006/141/EC或美国食品和药物管理局21CFR Ch 1第107部分。
通过本发明的方法直接获得或可获得的婴儿配方物产品或通过本发明的方法获得或可获得的婴儿配方物也是本发明的一部分。本发明的婴儿配方物产品的典型特征在于与现有技术的乳基粉末相比增加的孔隙率。通常，孔隙率为30-75％，优选为45-70％，最优选为55-65％。常规的喷雾干燥的乳基粉末的孔隙率可低至20–25％。在本文，孔隙率定义为孔隙体积占粉末总体积的百分比。孔隙率可通过扫描电子显微镜测定，例如如US 5596815中所定义的。
考虑到与现有技术的乳粉相比增加的孔隙率，本发明的婴儿配方物产品表现出优异的溶解性。另外地或替代地，本发明的婴儿配方物产品可以由150-650kg/m3、优选200-400kg/m3、更优选250-350kg/m3的堆积密度来限定。
因此，本发明的方法提供了与常规挤出婴儿配方物以及常规喷雾干燥的配方物相比具有提高的溶解度的挤出婴儿配方物产品。因此，与本发明方法相关的优点与具有优异特性的产品的制备相结合。
用于进行本发明的制备方法的模块化系统
本发明的另一方面涉及一种用于进行根据所附权利要求所述的用于制备婴儿配方物的方法步骤的模块化系统。
在另一方面，本发明涉及一种用于制备婴儿配方物的模块化系统，包括：
-热处理模块，用于热处理具有蛋白质组分和碳水化合物组分的含水混合物，
-混合模块，用于将含水混合物与脂质组分混合，
-均质化和乳化模块，用于将包含脂质组分、碳水化合物组分和热处理的蛋白质组分的含水混合物进行均质化和乳化以获得均质化的水包油乳剂，
-挤出模块，其包括用于接收均质化的水包油乳剂的入口、用于将可消化的碳水化合物和任选的膳食纤维添加到挤出模块中的单独入口和用于排出挤出材料的出口，和气体注入入口，
-干燥模块，用于干燥挤出材料，
-和任选模块，用于研磨和/或包装所获得的材料。
在一个优选的实施方案中，使用设计用于获得微生物安全的蛋白质组分和具有良好保存期的婴儿配方物产品的模块对包含蛋白质组分和碳水化合物组分的含水混合物进行热处理步骤。可采用本领域已知的任何合适类型的热处理模块，例如巴氏杀菌，如HTST、ESL或UHT，或灭菌，例如干热或湿热灭菌。
在一个优选的实施方案中，模块化系统包括用于浓缩步骤(a)后获得的含水混合物的模块。这种浓缩可以通过本领域已知的任何方式完成，例如使用(部分)蒸发或过滤模块。在一个实施方案中，在步骤(a)中获得的含水混合物优选在减压和相对低的温度下使用合适的模块进行水的部分蒸发。优选地，浓缩模块被配置为或适于在添加脂质混合物之前浓缩含水混合物，以达到35-60重量％总固体、优选40-55重量％总固体、最优选45-51重量％总固体的浓度。
因此，在一个优选的实施方案中，优选使用蒸发模块来增加步骤(a)中获得的含水混合物的总固含量，在用于混入脂质组分的混合模块之前包括所述蒸发模块。
模块化系统包括用于进行混合步骤(b)的混合模块，其中将步骤(a)中获得的含水混合物与脂质组分混合。混合可以以任何合适的方式进行，优选包括在线注入系统的模块。优选地，混合模块包括用于加热步骤(a)中获得的含水混合物、脂质组分或其混合物的装置，优选温度为30-75℃，更优选为50-70℃，最优选为55-65℃。
在均质化和乳化模块之前，包括用于混入脂质组分的混合模块。尽管可在均质化之前的任何点添加脂质组分，但其包含在热处理模块之后或下游。
本发明的模块化系统包括用于进行步骤(c)的均质化和乳化模块。它能够获得均质化的水包油乳剂，其总固含量为45-80重量％，优选为45-73重量％总固体，更优选为53-68重量％总固体，最优选为60-65重量％总固体。
均质化和乳化模块被配置为在50至80℃、优选54至76℃、更优选60至70℃的温度下运行，并且优选在5秒内、更优选小于3秒内获得均质化的乳剂。此外，均质化和乳化模块优选被配置为使用粘度为10至2000mPa.s，优选为10至1500mPa.s，更优选为50至1200mPa.s，更优选为100至1000mPa.s，最优选为200至700mPa.s的水包油乳剂运行。
将均质化的水包油乳剂输送或运输到挤出模块中，其也可以称为挤出机。该模块包括用于接收乳剂的入口，并且独立于其的用于添加可消化的碳水化合物(例如乳糖)的入口，以及任选地用于添加膳食纤维的入口。挤出模块还包括用于将气体注入挤出机的气体注入入口。
合适的挤出模块或挤出机是本领域众所周知的并且是技术人员已知的。优选地，将挤出机配置成在低于75℃，更优选低于70℃，例如50-75℃，更优选60-70℃，最优选62-68℃的挤出温度下运行。
通常，水包油乳剂在挤出机的一侧进入挤出机，在相对侧作为挤出材料的出口，以使其通过挤出机的整个路径。在挤出机内部，包含在其中的物质通过螺杆的运动向前运动。将挤出机配置成在优选30秒至3分钟，例如50秒至2分钟的停留时间下运行。但优选地，低于50秒、例如20至50秒的缩短的停留时间也是可行的。
此外，优选将挤出机配置为在挤出过程中对组合物施加20kPa至10MPa的压力。
优选将挤出机配置为使用水包油乳剂运行，其总固含量为45-80重量％总固体，优选为45-73重量％总固体，更优选为53-68重量％总固体，最优选为60-65重量％总固体。
可以使用用于干燥挤出材料的任何干燥模块。在一个优选的实施方案中，干燥模块是喷雾干燥器。
在一个优选的实施方案中，模块化系统还包括干混模块，其用于将成分干混到在包装婴儿配方物之前获得的材料中。
仅在挤出材料在营养上不符合本发明的婴儿配方物的要求，而需要补充粉状成分，例如可消化的碳水化合物，优选乳糖和/或麦芽糖糊精的情况下才需要这种干混模块。
在本发明的模块化系统中，单独的模块流体连接以允许材料(含水混合物或制备中的婴儿配方物产品)从一个模块通入另一个模块，使得模块化系统作为一个整体能够平稳运行。在一个实施方案中，模块化系统用于制备本发明的婴儿配方物产品。在一个实施方案中，模块化系统用于进行本发明的方法。
附图
图1和图2说明了本发明，描述了本发明方法的优选的实施方案。
图1描述了本发明方法的一个优选的实施方案，其中(a)、(b)、(c)、(d)和(e)表示如本文所定义的步骤(a)、(b)、(c)、(d)和(e)。(1)＝引入蛋白质和可消化的碳水化合物的来源；(2)＝任选引入蛋白质和可消化的碳水化合物的第二来源；(3)＝引入脂质组分；(4)引入可消化的碳水化合物组分；(5)＝任选引入膳食纤维组分；(6)＝排出婴儿配方物产品。未示出气体注入挤出机中。
图2描述了本发明方法的一个优选的实施方案，其中(a)、(b)、(c)和(d)表示如本文所定义的步骤(a)、(b)、(c)和(d)，(a’)表示如本文所定义的其中含水混合物的总固含量增加的步骤；(e1)表示如本文所定义的干燥步骤；(e2)表示如本文所定义的研磨步骤。(1)＝引入蛋白质和可消化的碳水化合物的来源；(2)＝任选引入蛋白质和可消化的碳水化合物的第二来源；(3)＝引入脂质组分；(4)引入可消化的碳水化合物组分；(5)＝任选引入膳食纤维组分；(6)＝排出婴儿配方物产品。未示出气体注入挤出机中。
实施例
以下实施例说明了本发明。
实施例1
产生了用于制备婴儿配方物的方法流程，所述婴儿配方物旨在用于0至6月龄的婴儿。在第一步中，将脱盐乳清(Demin Whey，流速3166kg/h)、液态乳清蛋白浓缩物80(WPC80，流速430kg/h)、水(流速677.2kg/h)和所需量的微量营养素(即维生素和矿物质)在35℃的温度下混合成总固含量(％TS)为25的含水液体，并在4419kg/h的流速下进行加工。
随后在121.0℃下对含水液体进行热处理，停留时间为2.89秒，以获得2.4的F0。冷却后，将加热的溶液随后进料到蒸发器进行浓缩，期间以1943.5kg/h的流速去除水。蒸发后，水溶液的％TS为44.6，并以2475.5的流速在60℃的温度下输送至注油器。将制备婴儿配方物所需的油以2337.32kg/h的流速注入含水料流中，以获得71.5的％TS。随后将溶液进料到均化器中，在60℃下使用4812kg/h的流速进行均质化和乳化。将均质化的水包油乳剂输送至挤出机。
挤出过程中，加入乳清蛋白浓缩物(WPC35，流速388.8kg/h)、乳清蛋白浓缩物粉末(WPC80，流速91.2kg/h)、脱脂乳粉(SMP，流速1349.3kg/h)、乳糖(1417.4kg/h)和GOS(Vivinal GOS；75重量％的浓缩液体，流速1685.9kg/h)。在挤出过程中添加GOS作为最终成分。在63℃下以9745.6kg/h的流速进行挤出。获得的挤出物含有80％TS，并准备使用已知技术进行干燥，例如急骤干燥或真空带式干燥，最终得到％TS为97.5的营养组合物，其以7996.4kg/h的流速制备。不需要其他成分的干混。获得准备用于包装的粉状组合物。
实施例2
产生了用于制备婴儿配方物的方法流程，所述婴儿配方物旨在用于6至12月龄的婴儿。在第一步中，将液态乳清蛋白浓缩物35(WPC35，流速1019.4kg/h)，水(流速3140.7kg/h)和所需量的微量营养素(即维生素和矿物质)在35℃的温度下混合成总固含量(％TS)为25的含水液体，并在4236.5kg/h的流速下加工。含水液体的蛋白质含量为8.44重量％。
随后在121.0℃下热处理含水液体，停留时间为2.89秒，以获得2.4的F0。冷却后，将加热的溶液随后进料到蒸发器以进行浓缩。蒸发后，在此期间以1703.1kg/h的流速除去水，水溶液的％TS为41.8，并在60℃的温度下以2533.4的流速输送到注油器。将制备婴儿配方物所需的油以2029.82kg/h的流速注入含水料流中，以达到67.69的％TS。随后将溶液进料到均化器中，在60℃下使用4563.2kg/h的流速进行均质化和乳化。将均质化的水包油乳剂输送到挤出机。
挤出过程中，加入脱脂乳粉(SMP，流速1633.45kg/h)、乳糖(2472.24kg/h)和GOS(Vivinal GOS；75重量％的浓缩液体，流速1084.8kg/h)。在挤出过程中添加GOS作为最终成分。在65℃下以9753.68kg/h的流速进行挤出。获得的挤出物含有80％TS，并准备使用已知技术进行干燥，例如急骤干燥或真空带式干燥，最终得到％TS为97.5的营养组合物，其以8003.0kg/h的流速制备。不需要其他成分的干混。获得准备用于包装的粉状组合物。
实施例3
实施例1和2中提到的数据是使用购自Process Systems Enterprise(PSE)的gPROMS gFormulatedProducts 1.2.2仿真模型生成的。所用的质量平衡模型是稳态的，这意味着不应用时间累积。模型应用于宏观层面，而不应用任何离散化方法。
对于蒸发/浓缩，采用等式(1)的质量平衡。
它指出从料流中蒸发的水的量或以其他方式除去的水的量
加上料流的出口的量应等于入口料流。从这个角度来看，通过等式(2)计算出口总固体
这是在假设通过蒸发或任何其他技术提取的提取水是纯净水的情况下应用的。
在混合(即在热处理步骤a之前制备含水混合物)、脂肪注入(即步骤b)或挤出(步骤d)过程中，对不同料流的混合使用相同的方法。等式(3)适用于总质量平衡：
在应用多个入口料流的情况下，通过调整等式(3)来计算任何混合器和/或挤出机的固体出口量：
对于干燥步骤，独立于干燥技术，应用等式1和2计算水的蒸发能力。
在流程图构建中应用这些等式。产品流的模型之间传递的信息是质量流速和组成(kg/kg)。
实施例4
生成了用于制备婴儿配方物的方法流程，所述婴儿配方物旨在用于0至6月龄的婴儿。首先，在29℃的温度下，将40kg的脱盐乳清和矿物质的混合物(95％TS)混合到35kg水中，获得总固含量为51％TS的溶液。随后将湿相进料到注油器和均化器中。将制备婴儿配方物所需的39kg油注入含水料流中，获得113kg 68％TS的乳剂。随后在60℃下将溶液均质化。测定均质化乳剂的粘度为107kcP(在旋转粘度计中于42℃下测定)。
将均质化的水包油乳剂以12.2kg/h的流速输送到挤出机。在挤出过程中，加入GOS(Vivinal GOS；75％TS的浓缩液体，流速3.3kg/h)、乳糖(95％TS；2.6kg/h)和脱脂乳粉(SMP，95％TS；1.8kg/h)。在550rpm和55℃→65℃→Tg温度梯度下进行挤出，使用30L/h N2或50L/h CO2作为充气气体。在Tg下注入气体，对于N2为60℃，而对于CO2为35℃。测定N2充气挤出物的粘度为4.2kcP(在旋转粘度计中于53℃下测定)，并测定CO2充气挤出物的粘度为8.4kcP(在旋转粘度计中于46℃下测定)。获得的挤出物含75％TS，并在125–130℃和8bar雾化气压下以20kg/h的速率进行喷雾干燥，最终得到含98％TS的婴儿配方物基础粉末。
实施例5
测量在实施例4中获得的婴儿配方物基础粉末和未进行挤出的对照婴儿配方物基础粉末的堆积体积(bulk volumn)和颗粒密度。根据IDF指南ISO8967测定堆积体积，并使用气体比重瓶UltraPyc1200E测定颗粒密度。
堆积体积表示100g粉末所占据的体积的量，以ml计，而颗粒密度则表示粉末的孔隙率。两者都可以作为粉末润湿性的指标。下表显示，与喷雾干燥的对照粉末相比，充气粉末的倾倒和松散的堆积体积不受本发明方法的强烈影响。此外，用N2充气不会影响粉末的粒度密度，而用CO2充气的粉末具有较低的颗粒密度，因此具有较高的孔隙率。
粉末特性分析
实施例6
按照GEA Niro分析方法Nr.A 10b中的指南测量实施例4中获得的婴儿配方物基础粉末和未进行挤出的对照婴儿配方物基础粉末的游离脂肪含量。
优选游离脂肪的量尽可能低，因为游离脂肪在储存期间易于氧化。从下表可以观察到，用N2或CO2充气的两种粉末都具有低于2％的游离脂肪水平，因此满足了稳定的婴儿配方物粉末的优选要求。
游离脂肪分析
| 游离脂肪(％) | |
| N<sub>2</sub>气体注入 | 1.5 |
| CO<sub>2</sub>气体注入 | 1.9 |
| 对照 | 0.5 |
实施例7
按照GEA Niro分析方法Nr.A 5b中的指南和IDF指南测量实施例4中获得的婴儿配方物粉末和未进行挤出的对照婴儿配方物的润湿性和复原特性。
润湿性指的是粉末在复原时沉入水中所需的时间，并且表示用户体验的重要特征(参见下面的实施例9)。用CO2气体充气的粉末具有超过120秒的润湿性，而用N2充气的粉末与对照相比具有提高的润湿性。此外，复原分析表明，复原行为对于所有测试粉末都是足够的，其中本发明的充气粉末的性能略好于对照粉末。1或更低的复原值对应于优异的复原特性。总之，通过本发明的方法获得的粉末显示出期望的复原行为，而没有不期望的结块或粘着。
润湿性和复原特性
| 平均润湿性(s) | 平均复原 | |
| N<sub>2</sub>气体注入 | 7 | 1 |
| CO<sub>2</sub>气体注入 | >120 | 0.5 |
| 对照 | 12 | 1 |
实施例8
在用户体验评估中进一步测试在实施例4中获得的婴儿配方物粉末和未进行挤出的对照婴儿配方物。由8名成员组成的专用乳小组开发了用于测试16个属性的特定语言。总共进行了5次属性生成和培训会议，随后进行了1次分析会议，其中对3种产品的16个属性进行了盲态评估。
在大多数属性中，三种测试配方物的表现没有显著性差异，但在起泡行为和下沉速度方面观察到了一些值得注意的差异。在复原粉末后形成泡沫对用户来说是不希望的，因为在喂食事件过程中，泡沫在很大程度上保留在瓶中。此外，泡沫的更快塌陷是优选的，因为用户在开始喂养婴儿之前通常不会等待泡沫塌陷。从下表可以得出结论，与对照配方物相比，根据本发明获得的充气粉末导致泡沫总量减少。此外，由于泡沫的量随着时间快速减少，使用本发明的方法时泡沫似乎不太稳定。本发明的两种充气配方物都优于对照配方物，其中CO2充气配方物的性能略好于N2充气配方物。
粉状婴儿配方物的下沉速度与上述润湿性相当。下沉速度测量为添加第六勺之后粉末通过瓶中的水下沉的速度。下沉速度越低，粉末在流体中下沉得越快。用CO2气体充气的粉末下沉速度最高，即下沉最慢，而用N2气体充气的粉末下沉得最快。这些结果与润湿性实验中得到的结果一致。
用户体验结果
Claims (18)
1.制备婴儿配方物产品的方法，其包括以下步骤：
(a)对具有蛋白质组分和碳水化合物组分的含水混合物进行热处理步骤，
(b)将含水混合物与脂质组分混合，
(c)对包含脂质组分、碳水化合物组分和热处理的蛋白质组分的含水混合物进行均质化和乳化步骤，以获得总固含量为45-80重量％的均质化的水包油乳剂；
(d)将均质化的乳剂输送到挤出机中，独立地将可消化的碳水化合物和任选的膳食纤维添加到挤出机中，并挤出挤出机的内容物以获得挤出的充气材料，其中向挤出机中注入气体；
(e)由挤出的充气材料制备婴儿配方物产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(e)包括喷雾干燥挤出材料。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述婴儿配方物的蛋白质组分的乳清蛋白与酪蛋白的重量比为9/1至1/9，优选为5/1至1/5，更优选为3/1至1/1，最优选为约6/4。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(c)的均质化的水包油乳剂的总固含量为53-68重量％，优选60-65重量％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤(d)中加入干燥粉末形式的可消化的碳水化合物，例如乳糖和/或麦芽糖糊精，并且加入干燥粉末或浓缩液体形式的膳食纤维。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(d)的挤出在低于75℃的温度下进行，优选地，其中除了步骤(a)的热处理之外，整个方法不超过75℃。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将步骤(a)的热处理设计成获得微生物安全的蛋白质组分，并且优选通过巴氏杀菌、UHT、HTST或ESL进行，更优选通过巴氏杀菌进行。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(a)的含水混合物的总固含量为15-40重量％，优选为20-35重量％，最优选为25-32重量％。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在与脂质组分混合之前，进行步骤(b)的含水混合物的总固含量为35-60重量％，优选为40-55重量％，最优选为45-51重量％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在与脂质组分混合之前，增加步骤(a)中获得的含水混合物的总固含量，优选通过蒸发步骤来增加。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将脱脂乳和/或乳清蛋白浓缩物(WPC)用作进行步骤(a)的含水混合物的蛋白质组分和碳水化合物组分的来源。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(a)中的碳水化合物组分包含乳糖，所述乳糖占步骤(e)中制备的婴儿配方物产品的总乳糖含量的15至75重量％，优选其中将剩余的乳糖在步骤(d)和/或步骤(e)中加入。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤(d)期间添加的可消化的碳水化合物包含乳糖，并且在步骤(d)期间添加的乳糖的量占在步骤(e)中获得的婴儿配方物产品中含有的乳糖总量的0至80重量％(基于干重计)，优选25至50重量％。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤(d)期间添加的可消化的碳水化合物包含乳糖，并且在步骤(d)期间添加的乳糖的量占在步骤(e)中获得的婴儿配方物产品的总干重的0至40重量％，优选0至30重量％。
15.通过根据权利要求1-14中任一项所述的方法可获得的婴儿配方物产品。
16.根据权利要求15所述的婴儿配方物产品，其为婴儿配方物、后续配方物、幼儿乳或成长乳。
17.一种模块化系统，其用于进行根据权利要求1-14所述的用于制备婴儿配方物的方法步骤。
18.一种用于制备婴儿配方物的模块化系统，其包括：
-热处理模块，用于热处理具有蛋白质组分和碳水化合物组分的含水混合物，
-混合模块，用于将含水混合物与脂质组分混合，
-均质化和乳化模块，用于对包含脂质组分、碳水化合物组分和热处理的蛋白质组分的含水混合物进行均质化和乳化以获得均质化的水包油乳剂，
-挤出模块，其包括用于接收均质化的水包油乳剂的入口、用于将可消化的碳水化合物和任选的膳食纤维添加到挤出模块中的单独入口、用于排出挤出材料的出口和气体注入入口，
-干燥模块，用于干燥挤出材料，
-和任选模块，用于研磨和/或包装所获得的材料。
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