CN115003162A - 静电喷雾干燥的奶制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

提供了静电喷雾干燥的奶粉制品，其表面组成包含的脂肪与喷雾干燥的相同的奶粉制品相比低了至少8％。还提供了提供奶粉制品的方法，其包括在低于150℃的入口温度下对奶制品进行静电喷雾干燥。静电喷雾干燥的奶粉制品的表面组成相对于通过高温喷雾干燥制备的相同的奶粉制品具有更低的脂肪含量和更高的碳水化合物含量。

Description

静电喷雾干燥的奶制品及其制备方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2019年11月21日提交的美国临时专利申请第62938802号的优先权，其通过引用整体并入本文。
背景技术
奶粉通过将奶蒸干制成。奶粉然后可以以粉末形式用于各种食物例如烘焙食品，或复原用于饮品，包括婴幼儿配方奶粉。因此，奶粉是全球使用的重要的商品。
通常使用喷雾干燥系统完成奶制品的干燥。然而，这种系统需要高的入口温度和出口温度，这具有降解奶粉制品的风险。因此，仍然需要有效提供货架存销、可随时复原并保持期望的外观(例如，变淡的颜色)和/或味道的奶粉制品。
发明内容
本发明提供了静电喷雾干燥的奶粉制品，其表面组成与喷雾干燥的相同的奶粉制品相比脂肪减低了至少8％。
本发明还提供了提供奶粉制品的方法，其包括在低于150℃的入口温度下静电干燥奶制品。
附图说明
图1是根据本发明的实施方案的用于将奶制品处理成粉末形式的喷雾干燥系统的垂直剖面图。
图2是图示的喷雾干燥系统的静电喷雾喷嘴组件的放大的垂直剖面图。
图3示出了宏观形式(图3A)和微观(图3B)形式的静电团聚的全脂奶粉。
图4A至4D是全脂奶粉的扫描电镜图像。图4A和图4C是在180℃入口温度和90℃出口温度的情况下500×放大(图4A)和5000×放大(图4C)的喷雾干燥的粉末。图4B和图4D是在90℃入口温度、35℃雾化温度、和5kV静电电荷下500×放大(图4B)和5000×放大(图4D)的静电喷雾干燥的粉末。
图5A至5F是初乳粉的扫描电镜图像。图5A、图5C、和图5E是在90℃入口温度和30℃雾化温度下500×放大(图5A)、2000×放大(图5C)、和5000×放大(图5E)的静电喷雾干燥的粉末。图5B、图5D、和图5F是在150℃入口温度和80℃雾化温度下500×放大(图5B)、2000×放大(图5D)、和5000×放大(图5F)的静电喷雾干燥的粉末。
图6是在90℃入口温度/30℃排气温度和150℃入口温度/60℃排气温度下干燥的静电喷雾干燥的初乳粉中乳铁蛋白含量(mg/g)的柱状图。
图7是在90℃入口温度/30℃排气温度和150℃入口温度/60℃排气温度下干燥的静电喷雾干燥的初乳粉中IgG含量(mg/g)的柱状图。
图8A至图8L是乳铁蛋白粉末的扫描电镜图像。图8A、图8B、和图8C是500×放大(图8A)、5000×放大(图8B)、和10000×放大(图8C)的负电荷静电喷雾干燥的粉末。图8D、图8E、和图8F是500×放大(图8D)、5000×放大(图8E)、和10000×(图8F)放大的正电荷静电喷雾干燥的粉末。图8G、图8H、和图8I是500×放大(图8G)、5000×放大(图8H)、和10000×放大(图8I)的无静电电荷喷雾干燥的粉末。图8J、图8K、和图8L是500×放大(图8J)、2000×放大(图8K)、和5000×放大(图8L)的冷冻干燥的粉末。
图9是在具有静电电荷和不具有静电电荷下150℃入口温度干燥的乳铁蛋白粉末中的活性乳铁蛋白含量(mg/mL)的柱状图。
图10A至图10D是乳清蛋白浓缩(WPC)粉末的扫描电镜图像。图10A是500×放大的图像。图10B是2000×放大的图像。图10C是5000×放大的图像。图10D是10000×放大的图像。
图11A至图11B是20重量％酸奶粉末在5kV、95℃的入口温度、和40℃的出口温度下静电喷雾干燥后的10000×放大的扫描电镜图像。
图12A至图12B是示出了在20重量％的发酵至pH为4.5或5.0的酸奶中保加利亚乳杆菌(图12A)和嗜热链球菌(图12B)的细胞计数(cfu/mL)的柱状图。
图13A至图13B是示出了在制造和4℃存储8周后，即刻的酸奶粉末(对20重量％发酵至pH为4.5或5.0的酸奶干燥后获得的酸奶)中保加利亚乳杆菌(图13A)的细胞计数(cfu/mL)和嗜热链球菌(图13B)的细胞计数(cfu/mL)的柱状图。
图14A至图14E是在静电喷雾干燥(ESD)和传统喷雾干燥后，婴儿配方奶粉2000×放大的扫描电镜图像。这些图像示出了在90℃入口温度和35℃雾化温度以及负电荷(图14A)或正电荷(图14B)下干燥的ESD粉末、在150℃入口温度和80℃雾化温度以及负电荷(图14C)或正电荷(图14D)下干燥的ESD粉末、和喷雾干燥的粉末(图14E)。
图15A至图15E是在静电喷雾干燥和传统喷雾干燥后，脱脂奶粉2000×放大的扫描电镜图像。这些图像显示了在90℃入口温度和35℃雾化温度以及负电荷(图15A)或正电荷(图15B)的情况下干燥的ESD粉末、在150℃入口温度和80℃雾化温度以及负电荷(图15C)或正电荷(图15D)的情况下干燥的ESD粉末、和喷雾干燥的粉末(图15E)。
虽然本发明易于进行各种修饰和改变，但以下将详细描述某些说明性实施方案。然而，应该理解的是，无意将本发明限制到公开的具体的形式，相反，意图是涵盖落入本发明精神和范围内的所有修饰、替代的构造、和等效物。
具体实施方式
本发明至少部分基于令人惊讶的发现，即与低温、静电喷雾干燥系统相比使用传统的高温喷雾干燥系统喷雾干燥的奶制品粉具有几乎相同的整体组成但是相当不同的表面组成。根据此发现，本发明提供了静电喷雾干燥的奶粉制品，其表面主体组成包含的脂肪比喷雾干燥的相同的奶粉制品的表面组成低至少8％(例如，低至少9％的脂肪、低至少10％的脂肪、低至少11％的脂肪、低至少12％的脂肪)。例如，静电喷雾干燥的奶粉制品的表面组成包含约70％的脂肪，与使用传统的高温喷雾干燥干燥的相同的奶制品相比少了几乎10％。
在一些实施方案中，静电喷雾干燥的奶制品的表面组成相对于使用传统的高温喷雾干燥干燥的相同的奶制品还包含至少10％(例如，11％或多于11％、12％或多于12％)的碳水化合物，包括乳糖、葡萄糖、和/或半乳糖。通常，碳水化合物是乳糖。除脂肪和碳水化合物外，干燥的奶粉的表面组成的剩余部分是一种或多于一种的蛋白质。
奶粉制品的水分含量低，通常约为5％或低于5％(例如，约4.5％或低于4.5％、约4％或低于4％、约3.5％或低于3.5％、约3％或低于3％、约2.5％或低于2.5％、约2％或低于2％)，同时还有低的水活度(例如，约0.3或低于0.3，包括0.2或低于0.2、约0.15或低于0.15、约0.1或低于0.1)。
在本文的任何实施方案中，奶粉制品是团聚的，优选地在用于形成奶粉制品的干燥过程中团聚。团聚的颗粒是任何尺寸的，但是通常具有约100μm或大于100μm的直径(例如，150μm或大于150μm、200μm或大于200μm、250μm或大于250μm、300μm或大于300μm、350μm或大于350μm、400μm或大于400μm、450μm或大约450μm、或500μm或大于500μm)。通常，粉末团聚的程度越高，润湿性就越好。形成本发明的奶粉制品的方法可以导致多种不同尺寸的团聚体(即，不是所有的团粒都有相同的尺寸)。每个团粒是一种或多于一种的一级颗粒的组装。一级颗粒的尺寸不同并且通常具有约10μm或大于10μm的直径(例如，约12μm或大于12μm、约15μm或大于15μm、约18μm或大于18μm、约20μm或大于20μm、约25μm或大于25μm)。不希望受到理论的限制，据信在静电喷雾干燥过程中产生高团聚的、粒状的粉末，因为静电电荷可以诱导团聚。相比之下，喷雾干燥的粉末在干燥过程中不会团聚。
术语“奶制品”指的是包含至少一部分任何形式的奶的制品。奶制品可以包括奶、黄油、人造奶油、重奶油、鲜奶油、中等稀奶油(medium cream)、淡奶油、半鲜奶油、脱脂奶、酸奶、营养配方奶、初乳、乳清蛋白、乳铁蛋白、乳球蛋白或其任意组合。奶可以来自任何合适的雌性哺乳动物，包括人类、牛、绵羊、山羊、马、驴、骆驼、驼鹿、水牛、牦牛、或驯鹿。必要的话，可以根据需要混合不同来源的奶。在一些优选的实施方案中，奶制品包含来自牛的奶(例如，奶牛)。在一些实施方案中，营养配方奶包括婴幼儿配方奶粉、非婴儿(例如，学步儿童、儿童、成人、老年人)营养配方奶(例如，来自Abbott Nutrition,Chicago,IL的PEDIASURETM和ENSURETM)、或运动(例如，运动员)营养配方奶。在一些优选的实施方案中，奶制品包含婴幼儿配方奶粉。
奶制品可以以新鲜的形式(例如，液体形式)或复原的形式使用。例如，如本文所述，可以将奶粉复原成液体形式然后对其进行静电喷雾干燥以提供本发明中的奶粉制品。如果需要的话，在静电喷雾干燥奶制品前可以对复原奶制品进行进一步干燥。复原形式的奶制品包括，例如，喷雾干燥的奶粉、幼儿配方奶粉、非婴儿营养粉、和运动营养粉。
奶制品的组成将因奶源而异。通常，奶将包含不同含量的脂肪、蛋白质和糖(例如，乳糖、葡萄糖、半乳糖)，以及盐、矿物质(例如，钙、钠、碘、钾、镁)、和/或维生素(例如，维生素A、维生素B12、维生素D、维生素K、泛酸、维生素B2和生物素)。
奶制品可以具有任何含量的脂肪，包括0％至85％(例如，0％至80％、0％至40％、3％至38％、3％至35％、3.25％至35％、3％至20％、3.25％至20％、3％至12％、3.25％至12％、3％至8％、3.25％至8％、3％至6％或3.25％至6％)的脂肪。在一些实施方案中，奶制品具有约10％至85％(例如，12％至84％、20％至84％、12％至40％、20％至40％、12％至35％或20％至35％)的脂肪的相对高的脂肪含量。通常，奶制品包含全脂(例如，约3％至6％的脂肪，包括约5％的脂肪、约3.6％的脂肪、约3.25％的脂肪)奶、低脂的或低脂肪(例如，0.5％至2.8％的脂肪、0.5％至2.5％的脂肪、0.5％至2％的脂肪、0.5％至1.8％的脂肪，包括0.5％的脂肪、1％的脂肪、1.5％的脂肪、2％的脂肪)奶、或脱脂(例如，0.5％或低于0.5％的脂肪、0.3％或低于0.3％的脂肪、0.15％或低于0.15％的脂肪、或0％脂肪(无脂肪))奶。优选地，静电喷雾干燥的奶是相对于原始来源脂肪含量没有减少的全脂奶(全脂)。
常规地喷雾干燥的奶制品在干燥和/或存储后，其原始外观的颜色会改变至例如黄色和/或棕色。在本发明的一方面，奶粉制品保留期望的外观，例如变淡的颜色。特别的，本发明的奶粉制品可以保持颜色，例如白色或类白色，其与在静电喷雾干燥前奶制品的颜色非常相似。变淡的颜色可以通过任意合适的技术测量，例如CIELAB(InternationalCommission on Illumination L*a*b*)系统和测定5-羟甲基糠醛(HMF)的含量。
在CIELAB系统中，L*定义亮度、a*表示红色/绿色的值、而b*是黄色/蓝色的值。在+b*方向上的增加表示向黄色的移动。因此，在本发明中的静电喷雾干燥的奶制品中的b*值约为12或小于12(例如，11或小于11、10或小于10、9或小于9、或8或小于8)。
HMF是通过在食物加工和存储过程中的美拉德反应(非酶褐变反应)的糖降解产生的环醛。例如，本发明中的静电喷雾干燥的奶制品中的HMF含量与干燥之前奶制品中的HMF含量约是一样的(例如，20％或低于20％、15％或低于15％、10％或低于10％、5％或低于5％、2％或低于2％、或1％或低于1％)。或者，当在第0天或在22℃和54％相对湿度下存储1周后或在22℃和54％相对湿度下存储2周后或在22℃和11％相对湿度下存储8周后或在45℃和54％相对湿度下存储2周后进行测量，本发明中的静电喷雾干燥的奶制品中的HMF含量与使用传统的高温条件(180℃入口温度、90℃雾化温度、和300kPa雾化气压)喷雾干燥的相同的奶制品中的HMF含量相比降低了约1/3或大于1/3(例如，约1/2或大于1/2、约3/5或大于3/5、约2/3或大于2/3)。
本发明中的具有期望的表面组成和/或团聚性质的奶粉制品优选地是静电喷雾干燥的。结果，本发明提供了提供奶粉制品的方法，其包括在入口温度低于150℃时对奶制品进行静电喷雾干燥。入口温度是任何能提供具有本文所述的表面组成和/或团聚性质的奶粉制品的合适的温度。例如，入口温度为约140℃或低于140℃、约135℃或低于135℃、约130℃或低于130℃、约125℃或低于125℃、约120℃或低于120℃、约115℃或低于115℃、约110℃或低于110℃、约105℃或低于105℃、约100℃或低于100℃、约95℃或低于95℃、或约90℃或低于90℃。相比之下，常规的喷雾干燥系统具有更高的入口温度，通常约150℃至约250℃或约180℃至约230℃。
静电喷雾干燥系统的雾化温度也相对低，例如约80℃或低于80℃(例如，约75℃或低于75℃、约70℃或低于70℃、约65℃或低于65℃、约60℃或低于60℃、约55℃或低于55℃、约50℃或低于50℃、约45℃或低于45℃、约40℃或低于40℃、约35℃或低于35℃、约30℃或低于30℃)。
静电喷雾干燥过程在喷雾滴上施加的电压，通常为约0.1kV或大于0.1kV(例如，约0.5kV或大于0.5kV、约1kV或大于1kV、约2kV或大于2kV、约4kV或大于4kV、约5kV或大于5kV、约7kV或大于7kV、约9kV或大于9kV、约12kV或大于12kV、约15kV或大于15kV)。施加的电压的上限通常是30kV并且在某些情况下，上限是20kV或更优选15kV。任何两个上述的端点可用于定义封闭式范围，或单个端点可用于定义开放式范围。在干燥过程中，在两种或多于两种不同的电压之间的施加的电压可以是连续的或调制的，即脉冲宽度调制(PWM)。任何两种或多于两种的0.1kV至30kV(例如，0.5kV至1kV、1kV至5kV、5kV至15kV)之间的施加的电压可以用于PWM以提供期望的效果，例如特别的团聚尺寸。已经发现静电喷雾干燥的奶粉的团聚尺寸随着静电电荷的增加而增加。
作为PWM的替代方案或者除了PWM，可以根据需要改变施加的电压下的电荷(正或负)。不希望受到理论的限制，据信改变静电电荷可以改变颗粒的表面组成和/或团聚性质。例如，施加的负电荷将允许更多极性化合物向颗粒的表面移动而非极性化合物将停留在颗粒的核附近。因此，通常在静电喷雾干燥过程中施加负静电电荷。在一些实施方案中，当制备包含初乳的奶粉制品时，可以改变施加的电压下的电荷。
本文使用的术语“约”通常指的是数值的±1％、数值的±5％、或数值的±10％。
现在更清楚地参考附图，图1是根据本发明的用于将奶制品加工成粉末形式的所示的喷雾干燥系统10。所示的喷雾干燥系统10的基本构造和操作与美国专利第10286411号公开的类似，该专利转让给与本申请相同的受让人，其公开内容通过引用并入本文。
在这种情况下，喷雾干燥系统10包括包含直立圆柱形结构的干燥室12的处理塔11，用于干燥室12的具有加热空气入口15和液体雾化喷嘴组件16的呈帽儿或盖14形式的顶部封闭装置，和支撑于干燥室12底部的粉末收集椎体18形式的底部封闭装置，粉末收集椎体18延伸穿过的具有加热空气排气出口的过滤元件壳体19，以及底部粉末收集室21。
所示的干燥室12具有“可替换的内部非金属”绝缘衬垫22，该绝缘衬垫22与干燥室12的内壁表面12a以同心间隔布置，其中来自雾化喷嘴组件16的带有静电电荷的液体喷雾颗粒被排放到干燥室12中。衬垫100的直径d小于干燥室12的内部直径d1，从而为干燥室12的内壁表面12a提供绝缘的空气间隔101。优选地，衬垫100是非结构的，由非渗水的柔性塑料材料制成。
如图2所示的雾化喷嘴组件16是用于将带有静电电荷的颗粒喷雾引导至干燥室12中从而快速和有效地将奶制品干燥成粉末的加压空气辅助的静电雾化喷嘴组件。所示的雾化喷嘴组件16包含喷嘴支撑头31、延伸自喷嘴的支撑头31下游的细长的喷嘴筒或主体32以及在细长的喷嘴主体32下游终端的排放雾化尖端组件34。在这种情况下，喷嘴支撑头31由塑料或其它非导电材料制成并且形成有径向液体入口通道36，该径向液体入口通道36接收液体入口配件38并与之连通从而连接至供应管路37，该供应管路37与待喷雾干燥的奶制品的供应源连通。
在这种情况下，喷嘴支撑头31还在液体入口通道36下游形成有径向的加压空气雾化入口通道39，该加压空气雾化入口通道39接收连接至合适的加压气体供应源的空气入口配件40并与之连通。喷嘴支撑头31在液体入口通道36的上游具有径向通道41，该径向通道41接收配件42，用于固定高压电缆44，该高压电缆44连接高压电源并且具有延伸到通道41中的端44a，该通道41与电极48电接触，该电极48在支撑头31内部被轴向支撑并且延伸到液体入口通道36的下游。
为了使液体通过支撑头31，电极48形成有与液体入口通道36连通并且通过电极48延伸至下游的内部轴向通道49。电极48形成有与液体入口通道36和内部轴向通道49连通的多个径向通道50。
细长的主体32是由塑料或其它合适的非导电材料制成的外部圆柱形构件55的形式，具有通过螺纹接合在支撑头31的螺纹孔内的上游端55a。将液体进料管58布置成与电极48电接触，用于对自支撑头31和通过细长的喷嘴主体构件32到排出雾化尖端组件34的整个管道中的液体进行有效地充电，这与美国专利申请第10286411号相似。
明显地，静电喷雾干燥系统10可操作以用于将奶制品干燥成具有优于现有技术的改善的特性的细颗粒。
通过以下特点对本发明进行进一步说明。
(1)、一种静电喷雾干燥的奶粉制品，其表面组成包含的脂肪与喷雾干燥的相同的奶粉制品相比低了至少8％。
(2)、根据特点(1)所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中约10％或多于10％的表面组成包含碳水化合物。
(3)、根据特点(1)或(2)所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中奶粉制品是团聚的。
(4)、根据特点(3)所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中团聚尺寸为100μm或大于100μm。
(5)、根据特点(4)所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中团聚尺寸为300μm或大于300μm。
(6)、根据特点(1)至(5)中任一项所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中奶制品包含初乳。
(7)、根据特点(1)至(6)中任一项所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中奶制品来自选自牛、绵羊、山羊、马、驴、骆驼、驼鹿、水牛、牦牛、驯鹿及其任意组合的哺乳动物来源。
(8)、根据特点(7)所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中哺乳动物来源是牛。
(9)、根据特点(1)至(8)中任一项所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中奶制品的脂肪含量为约3％至6％。
(10)、根据特点(1)至(9)中任一项所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中奶制品是新鲜的。
(11)、根据特点(1)至(10)中任一项所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中奶制品是由粉末复原的。
(12)、根据特点(1)至(11)中任一项所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中在低于150℃的入口温度下对奶粉制品进行静电喷雾干燥。
(13)、根据特点(12)所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中雾化温度为约80℃或低于80℃。
(14)、根据特点(12)或(13)所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中施加的电压为约0.1kV或大于0.1kV。
(15)、根据特点(14)所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中施加的电压是连续的。
(16)、根据特点(14)所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中施加的电压在两个或多于两个不同的电压之间调制。
(17)、根据特点(12)至(14)中任一项所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中施加的电压交替改变电荷。
(18)、一种提供奶粉制品的方法，其包括在低于150℃的入口温度下对奶制品进行静电喷雾干燥。
(19)、根据特点(18)所述的方法，其中雾化温度为约80℃或低于80℃。
(20)、根据特点(18)或(19)所述的方法，其中施加的电压为约0.1kV或大于0.1kV。
(21)、根据特点(18)至(20)中任一项所述的方法，其中施加的电压是连续的。
(22)、根据特点(18)至(20)中任一项所述的方法，其中施加的电压在两个或多于两个不同的电压之间调制。
(23)、根据特点(18)至(20)中任一项所述的方法，其中施加的电压交替改变电荷。
(24)、根据特点(18)至(23)中任一项所述的方法，其中奶粉制品的表面组成包含的脂肪与喷雾干燥的相同的奶粉制品相比低了至少8％。
(25)、根据特点(18)至(24)中任一项所述的方法，其中奶粉制品表面组成包含约10％或多于10％的碳水化合物。
(26)、根据特点(18)至(25)中任一项所述的方法，其中奶粉制品在静电喷雾干燥过程中是团聚的。
(27)、根据特点(26)所述的方法，其中团聚尺寸为100μm或大于100μm。
(28)、根据特点(27)所述的方法，其中团聚尺寸为300μm或大于300μm。
(29)、根据特点(18)至(28)中任一项所述的方法，其中奶制品包括初乳。
(30)、根据特点(18)至(29)中任一项所述的方法，其中奶制品来自选自牛、绵羊、山羊、马、驴、骆驼、驼鹿、水牛、牦牛、驯鹿及其任意组合的哺乳动物来源。
(31)、根据特点(30)所述的方法，其中哺乳动物来源是牛。
(32)、根据特点(18)至(31)中任一项所述的方法，其中奶制品的脂肪含量为约3％至6％。
(33)、根据特点(18)至(32)中任一项所述的方法，其中奶制品是新鲜的。
(34)、根据特点(18)至(32)中任一项所述的方法，其中奶制品是由粉末复原的。
(35)、根据特点(34)所述的方法，其还包括在静电喷雾干燥奶制品之前对复原奶制品进行干燥。
下面的实施例进一步说明了本发明，但是，当然不应该将其解释为以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
本实施例证明了本发明的实施方案中的奶制品的低温静电喷雾干燥。
在90℃入口温度、35℃雾化温度、和5kV静电电荷下对蒸发至含有40％固体的全脂奶进行静电喷雾干燥以形成粉末。最终的奶粉与在180℃入口温度和90℃出口温度下通过传统的喷雾干燥产生的奶粉相比总体组成相似。通过这两种喷雾干燥方法制成的粉末具有1％至1.5％的水分含量和0.07至0.099的水活度。
表1
Figure BDA0003755483810000091
也可以对单一浓度奶(Single strength milk)(具有不同的脂肪含量的12％至13％固体)和具有更高固体含量的浓缩奶进行静电干燥。低于150℃的入口温度、低于80℃的雾化温度、和大于0.1kV的静电电荷的静电技术产生具有小于等于5％的水分含量和小于等于0.3的水活度的奶粉，是典型的高温喷雾干燥的奶粉。表2是在奶粉制备过程中使用的典型的高温喷雾干燥条件与静电喷雾干燥的比较结果。在传统的高温喷雾干燥中，当入口温度下降时干燥奶粉是越来越困难的，并且在静电喷雾干燥中典型的入口和出口温度下，不能产生水分含量低于5％并且水活度低于0.3的粉末。
表2
Figure BDA0003755483810000101
NA：不适用
*S.Padma Ishwarya和C.Anandharamakrishnan，“喷雾干燥”源自《乳制品的干燥手册》，第一版，John Wiley&Sons，2017，57页-94页。
**Bloore&O’Callaghan，“在蒸发和干燥中的过程控制”源自《乳粉和浓缩产物》，Wiley-Blackwell，2009，332页-350页；和Kelly等人的，“奶粉的制造和特性”源自
《先进的乳制品化学》第一卷：蛋白质，第三版，KluwerAcademic/Plenum出版社，2003，1027页-1061页。
实施例2
这个实施例证明了静电喷雾干燥的奶粉保留了“乳白色”的外观。
使用CIELAB(国际照明委员会L*a*b*)系统测量全脂奶粉的颜色参数，其中L*定义亮度，a*表示红色/绿色的值，而b*是黄色/蓝色的值。向+b方向的颜色的移动表示向黄色的移动。通过传统的高温方法喷雾干燥的全脂奶倾向于失去粉末形式的“乳白色”外观并且呈现微黄色调。
如上述实施例1所述，制备和分析通过高温喷雾干燥和静电喷雾干燥制备的奶粉。如表3所示，两种粉末都显示出了相似的亮度(L*值)。然而，如较低的b*值所证明，静电喷雾干燥的全脂奶粉的黄度比使用高温形成的传统的喷雾干燥的粉末的黄度更低。从消费者的角度来看，较黄、“较白”的外观是合乎需要的，因为较淡的黄色具有更天然的外观。不受特定的理论的限制，降低的黄度可能是由于在静电喷雾干燥中使用的较低的温度、更低的表面脂肪(下面的表5)、和/或更小的一级颗粒尺寸(下面的表6)。
表3
Figure BDA0003755483810000102
实施例3
这个实施例表明，在本发明的实施方案中，静电喷雾干燥的粉末在加热减少了非酶促褐变。
如上述实施例1所述，制备和分析通过高温喷雾干燥和静电喷雾干燥制备的奶粉。表4示出了全脂奶粉在102℃加热2小时后的颜色参数。虽然加热后两种粉末都出现了明显的非酶褐变，如b*值高于表3中所报告的那样，静电喷雾干燥的粉末受褐变的影响较小(b*值较低)。
表4
Figure BDA0003755483810000111
实施例4
这个实施例证明了本发明的实施方案中具有较低的表面脂肪组成的全脂奶制品的静电喷雾干燥。
如上述实施例1所述，制备和分析通过高温喷雾干燥和静电喷雾干燥制备的奶粉。表5是两种类型的全脂奶粉的主体组成与表面组成的比较结果。喷雾干燥的粉末和静电喷雾干燥的粉末具有相似的脂肪、蛋白质、和碳水化合物(CHO)的主体组成，然而，它们的表面化学性质不同。虽然脂肪占主体组成的约21.5％，在粉末的表面的脂肪过高，随后是蛋白质和CHO(例如，乳糖)。喷雾干燥的粉末具有几乎78％的表面脂肪，而静电喷雾干燥的粉末具有大约69％的表面脂肪。因此，静电效应降低了几乎10％的表面脂肪并且表面的脂肪主要被碳水化合物(例如，乳糖)和一些蛋白质替代。
表5
Figure BDA0003755483810000112
实施例5
这个实施例证明了在本发明的实施方案中在奶制品的静电喷雾干燥过程中一级颗粒的团聚。
如图3A(宏观)和3B(微观)所示，静电喷雾干燥产生了高团聚的、颗状粉末。团聚发生在喷雾干燥过程中并且由静电电荷引起。与传统的高温喷雾干燥不同，团聚不涉及粉末或团聚剂的重新使用。通常不需要干燥后的团聚方法(例如，流化床团聚)，因为团聚方法经常用于干燥后。团聚通常表明润湿性的提高，这是衡量保质期和复原能力的重要指标。润湿性(即，粉末状颗粒在它们的表面吸收水的能力)可以通过任何合适的方法测量，例如IDF(1979)(“Determination of the dispersibility and wettability of instant driedmilk.”IDF Standard No.87.International Dairy Federation,Brussels)和GEA NiroMethod No.A 6 a(2005年修订)。
如上述实施例1所述，制备和分析通过高温喷雾干燥和静电喷雾干燥制备的奶粉。使用单一浓度奶(约13％固体)制备该数据集的静电喷雾干燥的粉末。表6表明静电喷雾干燥的粉末的平均团聚尺寸大约为384μm。大的标准差(±226μm)意味着广泛的团聚尺寸范围。喷雾干燥的粉末在干燥过程中不会团聚，并且一级颗粒的尺寸大约为33μm。这比静电喷雾干燥的粉末的一级颗粒即团聚颗粒的尺寸(约12μm)大。
表6
Figure BDA0003755483810000121
扫描电镜图像证实了这些数据(图4A至图4D)。图4A和图4C分别示出了喷雾干燥的粉末的大的非团聚一级颗粒的500×和5000×放大图像。图4B示出了高团聚的静电喷雾干燥的粉末的500×放大图像，而图4D示出了小的团聚的一级颗粒的5000×放大图像。
在90℃入口温度和35℃雾化温度下，使用脉冲宽度调制(PWM)在两种不同的电压，高电荷和低电荷下，制备静电喷雾干燥的粉末。如表7所示，可以在喷雾干燥的过程中通过控制静电电荷来控制团聚尺寸。
表7
Figure BDA0003755483810000122
实施例6
这个实施例证明了本发明的实施方案中初乳的低温静电喷雾干燥。
在表8中具体的操作条件下，使用静电喷雾干燥器(ESD)对包含大约23重量％固体的液体初乳进行干燥。
表8
Figure BDA0003755483810000131
在90℃和150℃入口温度下通过静电喷雾干燥制作初乳粉，然而，入口干燥温度可以低至80℃。排气温度通常保持在低于60℃，并且在这个实施例中，排气温度保持在30℃(90℃入口温度)和60℃(150℃入口温度)。在干燥过程中使用在5kV和1kV之间变化的负脉冲宽度调制(PWM)，然而，在使用或不使用PWM的情况下，电压可以高至15kV，并且电荷可以是相反的(正)。雾化气压为200kPa，但是范围可以为30kPa至552kPa。与ESD相比，文献中报道的初乳喷雾干燥温度通常更高(180℃的入口温度)。参见，例如，Borad等人(LWT–FoodScience and Technology,118,108719,6pages(2020))。
静电喷雾干燥的初乳粉的典型的水分含量低于4％而水活度为0.2。在这个实施例中，表9示出了这些参数。在90℃入口干燥温度下，ESD初乳粉的水分含量为0.79％而水活度为0.092。在150℃下进行静电喷雾干燥产生具有相似水分含量和水活度(分别是0.83％和0.099)的初乳粉。
表9
Figure BDA0003755483810000132
以500x、2000x和5000x的放大倍数拍摄ESD初乳粉扫描电镜(SEM)图像。参见图5。在两种温度和报道的较低的放大倍数(500×)下，ESD粉末是团聚的(图5A和图5B)。在两种温度和较高的放大倍数(2000×和5000×)下，一级粉末状颗粒是清楚可见的(图5C至图5F)。一级颗粒的尺寸的分布清晰可见并且大多数在外观上主要是球形的。
通过ELIAS定量方法(ELISA Kit,Catalogue No,E10-126,Bethyl Laboratories,Montgomery,Texas,USA)确定初乳粉的乳铁蛋白和IgG含量。
图6示出了初乳粉的乳铁蛋白含量。数据表明在90℃下干燥的初乳粉具有90％的生物活性产量保留率(基于干燥前在液体初乳中的0.53mg/g活性乳铁蛋白)。在150℃更高的入口干燥温度下，乳铁蛋白的生物活性会有一些损失并且产量保留率为74％。图7示出了初乳粉中的IgG含量。数据表明在90℃下干燥的初乳粉具有98％的生物活性产量保留率(基于干燥前在液体初乳中的134mg/g活性IgG)。在150℃更高的入口干燥温度下，IgG的生物活性会有一些损失并且产量保留率为82％。
实施例7
这个实施例证明了本发明的实施方案中乳铁蛋白(Lf)的低温静电喷雾干燥。
在表10中的操作条件下，使用静电喷雾干燥器对包含大约23重量％固体的液体乳铁蛋白进行干燥。为了比较，按照表11中具体的条件对乳铁蛋白进行冷冻干燥。
表10
Figure BDA0003755483810000141
NA:不适用
表11
Figure BDA0003755483810000142
在90℃入口温度下通过静电喷雾干燥制作乳铁蛋白粉末，然而，入口干燥温度可以低至80℃和高至150℃。排气温度保持在低于60℃并且在这个实施例中，将这些参数设置为30℃。在干燥过程中使用在5kV和1kV之间变化的正脉冲宽度调制(PWM)和负脉冲宽度调制(PWM)，然而，在使用或不使用PWM的情况下，可以高至15kV。雾化气压为200kPa但是范围可以为30kPa至552kPa。
静电喷雾干燥的乳铁蛋白粉末的典型的水分含量低于4％而水活度为0.2。在这个实施例中，表12示出了静电喷雾干燥的乳铁蛋白粉末的水分含量和水活度。在90℃入口干燥温度下，使用负PWM，Lf粉末的水分含量为2.52％，而使用正PWM，Lf粉末的水分含量为1.50％。对于负PWM和正PWM，水活度分别为0.22和0.144。在150℃且没有静电电荷的情况下进行喷雾干燥会产生具有相似水分含量和水活度(分别是2.30％和0.248)的粉末。冷冻干燥的Lf粉末的水分含量更低，为1.18％，水活度为0.108。
表12
Figure BDA0003755483810000151
图8是一系列喷雾干燥的和ESD的Lf粉末的SEM图像的500×、5000×、和10000×放大图像。在报道的较低的放大倍数(500×)下，ESD粉末是团聚的(图8A和图8B)，然而，喷雾干燥的粉末是广泛分散的并且在没有静电电荷的情况下几乎没有团聚(图8G)。在较高的放大倍数下(5000×和10000×)，原始粉末颗粒是清楚可见的(图8B、图8C、图8E、图8F、图8H、和图8I)。一级颗粒在外观上主要是球形的并且表面凹陷是明显的。通常在低温喷雾干燥的低脂乳粉中可以发现这些凹陷(参见，例如参见，例如,Nijdam等人,Journal of FoodEngineering,77,919-925(2005))。
冷冻干燥的乳铁蛋白的形态显示出典型的结晶的、具有锋利边缘的外观并且不同于球形的喷雾干燥的和ESD粉末(图8J、图8K、和图8L)。
图9显示出使用乳铁蛋白ELISA定量试剂盒(Catalogue No,E10-126,BethylLaboratories,Montgomery,Texas,USA)测定的Lf粉末的生物活性乳铁蛋白含量。基于ELISA测定的6mg/mL的浓度，在150℃入口温度下干燥的并且没有静电电荷的Lf粉末保留了90％的生物活性。不管PWM使用哪种电荷(负或正)，在90℃温和的入口温度下处理ESD粉末并且其分别显示出98％和100％的乳铁蛋白生物保留活性。
实施例8
这个实施例证明了本发明的实施方案中对乳清蛋白的低温静电喷雾干燥。
在表13中具体的操作条件下，使用静电喷雾干燥器对包含20重量％固体的乳清蛋白浓缩(WPC)溶液进行干燥。
表13
Figure BDA0003755483810000161
干燥的产物是包含多至80％蛋白(WPC80)的乳清蛋白粉末。在入口温度为90℃至150℃时，通过静电喷雾干燥制作WPC粉末，然而，入口干燥温度可以低至80℃。雾化和排气温度为30℃至80℃。在干燥过程中在5kV和1kV之间变化的脉冲宽度调制(PWM)来交替改变电荷，然而，在使用或不使用PWM的情况下，可以高至15kV，并且电荷可以是相反的(正)。雾化气压为200kPa但可以为30kPa至552kPa。
静电喷雾干燥的乳清粉末的典型的水分含量低于4％而水活度为0.2。在这个实施例中，表14示出了静电喷雾干燥的WPC粉末的水分含量和水活度。在90℃入口干燥温度下，WPC粉末的水分含量为2.12％而水活度为0.074。当干燥温度升高至150℃时，WPC80粉末的水分含量下降至0.97％并且水活度下降至0.019。ESD WPC粉末的水分含量比在更高的温度下通过传统的高温喷雾干燥操作产生的乳清粉末低。传统的高温喷雾干燥器通常在160℃至大于200℃的入口温度下操作并且最终的粉末具有3％至7％的水分含量(参见例如参见，例如,Oliveira等人,J Food Sci Technol,55(9),3693-3702(2018)；Sawhney等人,Journal of Food Processing and Preservation,38,1787-1798(2014)；和Svanborg等人,J.Dairy Sci.,98,5829-5840(2015))。
表14
Figure BDA0003755483810000162
图10是一系列WPC粉末的SEM图像的500x、2000x、5000x和10000x放大图像。报道的较低的放大倍数(500x和2000x)表明静电喷雾干燥的WPC粉末是高团聚的(图10A和图10B)。在较高的放大倍数(5000x和10000x)下，一级粉末颗粒是清楚可见的(图10C和图10D)。虽然一级颗粒在外观上主要是球形的，每个颗粒的表面存在非空心凹陷。这些凹陷在低温干燥的低脂乳粉中是典型的(参见，例如,Nijdam等人,Journal of Food Engineering,77,919-925(2005))，并且形态不同于在高温下使用传统的喷雾干燥干燥的粉末(参见，例如,Barone等人,Journal of Food Engineering,255,41-49(2019)；和Nishanthi等人,Journal of Food Engineering,219,111-120(2018))。
实施例9
这个实施例证明了本发明的实施方案中酸奶的低温静电喷雾干燥。
在使用表15中具体的操作条件进行静电喷雾干燥前，将包含13重量％和20重量％固体的酸奶发酵至pH为4.5和5.0。
表15
Figure BDA0003755483810000171
在95℃入口温度下通过静电喷雾干燥制作酸奶粉，然而，入口干燥温度可以低至80℃或高至150℃。排气温度通常保持低于60℃并且在这个实施例中，排气温度为40℃。在干燥过程中使用在5kV和1kV之间变化的负脉冲宽度调制(PWM)，然而，在使用或不使用PWM的情况下，可以高至15kV并且电荷可以是相反的(正)。雾化气压为340kPa，但是可以为30kPa至552kPa。在文献中报道的酸奶的喷雾干燥温度通常为高于170℃的入口温度和高于60℃的排气温度(参见，例如,Kearney等人,International Dairy Journal,19,684-689(2009)；Koc等人,Drying Technology,28(4),495-507(2010)；Rascón-Díaz等人,FoodBioprocess Technol,5,560-567(2012)；和Seth等人,International Journal of FoodProperties,20(7),1603-1611(2016))。
静电喷雾干燥的酸奶粉的典型的水分含量低于4％但是可以高至5％，并且水活度小于0.2。在这个实施例中，这些参数显示在表16。在95℃入口干燥温度下，酸奶粉的水分含量为3.28％至4.10％，并且水活度为0.116至0.127。
表16
Figure BDA0003755483810000181
图11是一系列pH为5.0(图11A)和pH为4.5(图11B)的ESD酸奶粉的SEM图像的10000x放大图像。一级颗粒有较窄的尺寸分布并且大多数在外观上是球形的。由于在发酵过程中的酸化和蛋白质失稳，ESD酸奶粉的表面是粗糙的。
图12A和图12B示出了在20重量％的发酵至pH为4.5或5.0的酸奶中保加利亚乳杆菌(图12A)和嗜热链球菌(图12B)的细胞计数(cfu/mL)。还提供了相应的ESD酸奶粉在重新复原为20重量％固体之前和之后的细胞计数。发酵至pH为4.5和5.0的酸奶具有的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的细胞数量是相似的(约108cfu/mL)。在静电喷雾干燥之后，酸奶粉几乎没有损失细胞活力。这个观察结果也适用于复原为20重量％固体的酸奶粉，但发酵至pH为5.0的酸奶中保加利亚乳杆菌除外，其中记录了损失(～106cfu/mL)。
图13A和13B示出了制造后立即和在4℃存储8周后，在酸奶粉(对20重量％发酵至pH为4.5或5.0的脱脂奶干燥后获得的酸奶)中保加利亚乳杆菌(图13A)和嗜热链球菌(图13B)的细胞计数(cfu/mL)。在ESD酸奶粉末中的活微生物的存活率保持较高的水平并且在4℃下存储8周后，几乎没有损失细胞活力。
实施例10
这个实施例证明了本发明的实施方案中婴幼儿配方奶粉(IMF)的低温静电喷雾干燥。
使用乳糖、脱脂奶粉、乳清蛋白浓缩物、和植物油制备40重量％固体的IMF湿混合物并且该混合物包含15％的蛋白质、26％的脂肪和59％的乳糖。相似的婴幼儿配方已经在文献中报道。参见，例如,Masum等人,J.Food Eng.,2019,254,34–41；and Masum等人,Int.Dairy J.,2020,100,104565。在表17中所述的操作条件下，使用ESD干燥液体IMF。为了比较，通过常规的高温喷雾干燥对IMF进行喷雾干燥。
表17
Figure BDA0003755483810000191
NA：不适用
在90℃和150℃入口温度下通过静电喷雾干燥制作IMF粉末，然而，入口干燥温度可以低至80℃。雾化和排气温度通常保持在低于60℃，并且在这个实施例中，将雾化和排气温度设置为35℃和80℃用于分别在90℃和150℃入口温度下对粉末进行干燥。雾化气压可以为30kPa至552kPa。在使用或不使用PWM时，静电电荷可以低至0.1kV并且高至15kV。在这个实施例中，当在90℃/35℃下干燥时，使用在10kV和1kB之间变化的负正脉冲宽度调制(PWM)和正脉冲宽度调制(PWM)，并且当在150℃/80℃下干燥时，使用0.9kV连续电压。
为了比较，在与那些在文献中报道的相同的干燥条件下，通过常规的高温喷雾干燥，在180℃/90℃下干燥IMF(参见，例如,Masum等人,J.Food Eng.,2019,254,34–41；Masum等人,Int.Dairy J.,2020,105,104696；McCarthy等人,Int.Dairy J.,2012,25(2),80-86；Montagne等人,“Infant Formulae-Powders and Liquids.In Dairy Powders andConcentrated Products,”1st ed.；Tamime,A.Y.,Ed.；Wiley-Blackwell:West Sussex,UK,2009；pp 294–331；和Murphy等人,Int.Dairy J.,2015,40,39–46)。In Dairy Powdersand Concentrated Products,”1st ed.；Tamime,A.Y.,Ed.；Wiley-Blackwell:WestSussex,UK,2009；pp 294–331；和Murphy等人,Int.Dairy J.,2015,40,39–46)。参见表17。
静电喷雾干燥的IMF粉末的典型的水分含量低于4％而水活度为0.2。在这个实施例中，表18示出了粉末的性质。在90℃入口干燥温度下，初乳粉的水分含量为2.29％和低于2.29％，并且水活度为0.114和低于0.114。在150℃下进行静电喷雾干燥甚至产生具有更低水分含量和水活度的粉末(例如，0.99％水分含量和低于0.99％的水分含量以及0.028的水活度和低于0.028的水活度)。为了比较，传统的高温喷雾干燥的粉末分别具有1.89％的水分含量和0.210的水活度。
表18
Figure BDA0003755483810000201
图14是一系列在90℃/35℃下干燥的ESD粉末(在图14A中为负电荷，在图14B中为正电荷)和150℃/80℃下干燥的ESD粉末(在图14C中为负电荷，在图14D中为正电荷)以及喷雾干燥的IMF粉末(图14E)的SEM图像的2000×放大图像。如图像中所看到的，ESD粉末是团聚的，并且一级颗粒在外观上主要是球形的。喷雾干燥的一级颗粒也是球形的，但是比ESD粉末大。
表19示出了在ESD制造和传统的高温喷雾干燥后粉末即刻的特性和溶解度。所有的粉末在制造后(第0天)即刻自由流动，并且溶解度高(约97％至约98％)。所有存储在54％相对湿度下的粉末在45℃存储1周和在22℃存储4周后都出现了结块。虽然粉末发生了结块，但ESD粉末的溶解度保持约93％至约96％的高的水平。然而喷雾干燥的IMF粉末在22℃存储后溶解度降低至约86％而在45℃存储后降低至约78％。
表19
Figure BDA0003755483810000202
5-羟甲基糠醛(HMF)的含量表明发生了美拉德褐变反应，见表20。在第0天，在最低的温度下(90℃入口温度和35℃出口温度)制造的ESD粉末的HMF含量是最低的(<27μg/100g)。在更高的ESD温度下(150℃入口温度和80℃出口温度)，高的处理温度会加速美拉德反应，并且HMF的含量升高至大约53μg/100g(-ve ESD)和大约54μg/100g(+ve ESD)。在喷雾干燥的粉末(180℃入口温度/90℃排气温度)中的HMF含量(107μg/100g)相比于在90℃下干燥的ESD样品更高。
表20
Figure BDA0003755483810000211
粉末中的HMF含量在受控地存储过程中通常会增加。在22℃和11％相对湿度下(RH)存储8周后，在最低的温度下(90℃入口温度和35℃出口温度)制造的ESD粉末中的HMF含量增加至31μg/100g(-ve ESD)而在+ve ESD粉末中保持不变。在更高的温度下(150℃入口温度和90℃排气温度)进行干燥，HMF的含量增加至60μg/100g(-ve ESD)而在+ve ESD粉末中保持不变。喷雾干燥的粉末中(180℃入口温度/90℃排气温度)HMF的含量增加至103μg/100g。
在45℃和54％相对湿度下(RH)存储两周后，在最低的温度下(90℃入口温度和35℃出口温度)制造的ESD粉末中的HMF含量增加至115μg/100g(-ve ESD)而在+ve ESD粉末中为125μg/100g。在更高的温度下(150℃入口温度和90℃排气温度)进行干燥，HMF的含量增加至197μg/100g(-ve ESD)而在+ve ESD粉末中为151μg/100g。喷雾干燥的粉末中(180℃入口温度/90℃排气温度)HMF的含量增加至153μg/100g。
实施例11
这个实施例证明了本发明的实施方案中脱脂奶粉(SMP)的低温静电喷雾干燥。
在表21中具体的操作条件下，使用ESD对包含40重量％固体的脱脂奶进行干燥。在与那些在文献中报道的相似的条件下，通过常规的高温喷雾干燥对脱脂奶进行喷雾干燥(参见，例如,S.Padma Ishwarya and C.Anandharamakrishnan,“Spray Drying”inHandbook of Drying for Dairy Products,1st Ed.,John Wiley&Sons,2017,pages 57-94；Bloore&O’Callaghan,“Process Control in Evaporation and Drying”in DairyPowders and Concentrated Products,Wiley-Blackwell,2009,pages 332-350；和Kelly等人,“Manufacture and Properties of Milk Powders”in Advanced Dairy ChemistryVolume 1:Proteins,3rd Ed.,Kluwer Academic/Plenum Publishers,2003,pages 1027-1061):Proteins,3rd Ed.,Kluwer Academic/Plenum Publishers,2003,pages 1027-1061).
表21
Figure BDA0003755483810000221
NA：不适用
在90℃和150℃入口温度下通过静电喷雾干燥制作SMP，然而，入口干燥温度可以低至80℃。雾化和排气温度通常保持在低于60℃，并且在这个实施例中，将雾化和排气温度设置为35℃和80℃。雾化气压为30kPa至552kPa。当在90℃/35℃下干燥时，使用在10kV和1kV之间变化的负脉冲宽度调制(PWM)和正脉冲宽度调制(PWM)，而当在150℃/80℃下干燥时为0.9kV连续电压。在使用或不使用PWM时，静电电荷可以是，例如，低至0.1kV和高至15kV。为了比较，通过常规的高温喷雾干燥在180℃/90℃下对SMP进行喷雾干燥。
静电喷雾干燥的SMP的典型的水分含量为低于4％而水活度为0.2。在这个实施例中，表22显示了粉末的特性。在90℃入口干燥温度下，SMP的水分含量低于3.68％，而水活度低于0.1203。在150℃下进行静电喷雾干燥产生的粉末具有更低水分含量和水活度(1.77％湿度和低于1.77％的湿度；0.0605的水活度和低于0.0605的水活度)。为了比较，传统的高温喷雾干燥的粉末分别具有2.48％的水分含量和0.1830的水活度。
表22
Figure BDA0003755483810000231
表23示出了报告为D[4,3]值的SMP的平均粒径。在150℃入口温度下进行静电喷雾干燥产生的平均颗粒尺寸为大约12μm(-ve ESD)和大约17μm(+ve ESD)的粉末。在90℃较温和的入口温度下干燥的ESD粉末具有54μm(-ve ESD)和32μm(+ve ESD)的更大的颗粒尺寸。在180℃入口温度下进行喷雾干燥产生的平均颗粒尺寸大约为38μm的粉末，与在更低的温度下(90℃)干燥的ESD粉末的颗粒尺寸更相似。
表23
Figure BDA0003755483810000232
图15是一系列在90℃/35℃下干燥的SMP粉末(在图15A中为负电荷，在图15B中为正电荷)、在150℃/80℃下干燥的ESD粉末(在图15C中为负电荷，在图15D中为正电荷)以及喷雾干燥的SMP粉末(图15E)的SEM图像的2000×放大图像。如图像中所看到的，ESD粉末是团聚的，并且一级颗粒在外观上主要是球形的。喷雾干燥的一级颗粒也是球形的，但是比ESD粉末大。SMP粉末的表面具有凹陷，喷雾干燥的粉末的这些特点更明显。这些凹陷和干瘪的外观在低温喷雾干燥的低脂乳粉中是典型的。参见，例如,Nijdam等人,Journal of FoodEngineering,77,919-925(2005)。
表2示出了在22±2℃时，SMP粉末在水中的溶解度。尽管ESD和传统的高温喷雾干燥的干燥温度有显著的不同，但所有的粉末的溶解度都超过98％。
表24
Figure BDA0003755483810000241
表25示出了ESD和喷雾干燥的SMP的玻璃转化温度(Tg)。与在90℃较温和的入口温度下干燥的ESD粉末相比，在180℃入口温度下喷雾干燥和在150℃入口温度下静电喷雾干燥产生的粉末具有更高的Tg。在更高的温度下(>150℃)干燥可能有助于乳清蛋白的变性并且更低的水分含量会导致更高的Tg。在较温和的ESD温度下干燥可能会避免乳清蛋白的变性以及避免会导致更低的Tg的更高的水分含量。
表25
Figure BDA0003755483810000242
在SMP中的5-羟甲基糠醛(HMF)含量是美拉德褐变反应的指示剂，参见表26。在最低的温度下(90℃入口温度和35℃排气温度)制造的ESD粉末的HMF含量最低(大约25μg/100g)。在更高的ESD温度下(150℃入口温度和60℃出口温度)，较高的处理温度会加速美拉德反应，并且HMF值升高至大约53μg/100g(-ve ESD)和大约54μg/100g(+ve ESD)。在180℃最高的入口温度和90℃排气温度的情况下喷雾干燥的全脂奶粉具有达到了大约83μg/100g最高的HMF值。
表26
Figure BDA0003755483810000243
实施例12
这个实施例证明了本发明的实施方案中全脂奶粉的低温静电喷雾干燥。
在表27中具体的操作条件下，使用ESD对包含40重量％固体的全脂奶进行干燥。为了比较，在与那些在文献中报道的相似的条件下，通过常规的高温喷雾干燥对脱脂奶进行喷雾干燥(参见，例如,S.Padma Ishwarya和C.Anandharamakrishnan,“Spray Drying”inHandbook of Drying for Dairy Products,1st Ed.,John Wiley&Sons,2017,pages 57-94；Bloore&O’Callaghan,“Process Control in Evaporation和Drying”in DairyPowders and Concentrated Products,Wiley-Blackwell,2009,pages 332-350；和Kelly等人,“Manufacture and Properties of Milk Powders”in Advanced Dairy ChemistryVolume 1:Proteins,3rd Ed.,Kluwer Academic/Plenum Publishers,2003,pages 1027-1061)。
表27
Figure BDA0003755483810000251
NA：不适用
在90℃和150℃入口温度下通过静电喷雾干燥制作全脂奶粉，然而，入口干燥温度可以低至80℃。雾化和排气温度通常保持低于60℃，并且在这个实施例中，将雾化和排气温度设置为35℃和80℃。雾化气压为30kPa至552kPa。当在90℃/35℃下干燥时，使用在10kV和1kV之间变化的负正脉冲宽度调制(PWM)和正脉冲宽度调制(PWM)并且当在150℃/80℃下干燥时，使用0.9kV连续电压。在使用或不使用PWM时，静电电荷可以低至0.1kV和高至15kV。为了比较，在180℃/90℃下通过常规的高温喷雾干燥对奶粉进行喷雾干燥。
静电喷雾干燥的奶粉通常具有低于4％的水分含量和0.2的水活度。在这个实施例中，表28显示了粉末的性质。在90℃入口干燥温度下，水分含量为3.16％和低于3.16％，并且水活度为0.083和低于0.083。在150℃下进行静电喷雾干燥产生的具有更低水分含量和水活度的粉末(2.11％和低于2.11％的水分含量；0.053和低于0.053的水活度)。相比之下，传统的高温喷雾干燥的粉末具有1.85％的水分含量和0.074的水活度。
表28
Figure BDA0003755483810000261
表29示出了报告为D[4,3]值的干燥的全脂奶粉的平均粒径。在150℃入口温度下进行静电干燥产生平均颗粒尺寸为大约17μm(-ve ESD)和大约15μm(+ve ESD)的粉末。在90℃较温和的入口温度下干燥的ESD粉末具有37μm(-ve ESD)和49μm(+ve ESD)更大的颗粒尺寸。在180℃入口温度下进行喷雾干燥产生平均颗粒尺寸大约为34μm的粉末，这比在更低的温度下(90℃)干燥的ESD粉末的颗粒尺寸小。
表29
Figure BDA0003755483810000262
表30示出示了静电喷雾干燥的和喷雾干燥的全脂奶粉在22±2℃的水中的溶解度。尽管ESD和传统的高温喷雾干燥的干燥温度有显著的不同，但所有干燥的粉末具有超过95％的高溶解度。
表30
Figure BDA0003755483810000263
表31示出了ESD和喷雾干燥的奶粉的玻璃转化温度(Tg)。与在90℃较温和的入口温度下干燥的ESD粉末相比，在180℃入口温度下进行喷雾干燥和在150℃入口温度下进行静电喷雾干燥产生的粉末具有更高的Tg。在更高的温度下(>150℃)干燥可能有助于乳清蛋白的变形并且更低的水分含量会导致更高的Tg。在较温和的ESD温度下干燥可能会避免乳清蛋白的变性以及避免会导致更低的Tg的更高的水分含量。
表31
Figure BDA0003755483810000271
表32示出了喷雾干燥的和静电喷雾干燥的全脂奶粉的氧化稳定性。在制造(第0天)后即刻氧化，ESD粉末的氧化程度通常比喷雾干燥的粉末低。在受控的条件下(45℃和11％的相对湿度(RH))存储后，所有粉末的氧化程度增加。然而，测量到喷雾干燥的粉末中最大的增加量：在存储4周后45μgO2/kg油升高至78μgO2/kg油并且在存储6周后升高至145μgO2/kg油。ESD粉末的氧化程度也增加了但是保持在低于90μgO2/kg油。
表32
Figure BDA0003755483810000272
以μg/100g样品的单位对5-羟甲基糠醛(HMF)的含量进行测定，其是美拉德褐变反应的指示剂，测定结果示出在表33中。
表33
Figure BDA0003755483810000281
在第0天，在最低的温度下(90℃入口温度和35℃出口温度)制造的ESD粉末的HMF含量是最低的(<77μg/100g)。在更高的ESD温度下(150℃入口温度和80℃排气温度)，更高的处理温度会加速美拉德反应，并且HMF的含量升高至大约93μg/100g(-ve ESD)和大约101μg/100g(+ve ESD)。在180℃入口温度/90℃排气温度下产生的喷雾干燥的粉末中，HMF的含量再次增加(107μg/100g)。
在受控的存储过程中(22℃和54％的相对湿度(RH))，所有粉末的HMF含量都增加。一周后，在最低的温度下(90℃入口温度和35℃出口温度)制造的ESD粉末的HMF含量增加至95μg/100g(-ve ESD)和82μg/100g(+ve ESD)。在两周后，HMF的含量是104μg/100g(-veESD)和91μg/100g(+ve ESD)。
基本上，使用更高的温度(150℃入口温度和80℃排气温度)干燥的ESD粉末记录了更高的HMF含量。在一周后，HMF的含量增加至103μg/100g(-ve ESD)和101μg/100g(+veESD)。在两周后，HMF的含量是155μg/100g(-ve ESD)和105μg/100g(+ve ESD)。
在180℃入口温度和90℃排气温度下喷雾干燥的全脂奶粉具有最高的HMF含量，在一周后达到了124μg/100g并且在2周后达到了403μg/100g。在22℃和54％RH下存储2周后，在对HMF的分析过程中，喷雾干燥的全脂奶粉的颜色从白色变成棕色。
除非在这里指出或上下文明显矛盾，否则在描述本发明的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)要素前不使用数量词以及“至少一种”可以表示单数也可以表示复数。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则术语“至少一种”后面跟着一种或多于一种要素，(例如A和B中的至少一种)是指要素列出的要素(A或B)或两种或多于两种要素(A和B)的任意组合。除非另有说明，否则术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”解释为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)。除非另有说明，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作单独引用落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且每个单独的值都被纳入本说明书中，就像在本文中单独列举一样。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法能以任何合适的顺序进行。除非另有声明，否则本文提供的任何和所有实施例，或示例性语言(如，“例如”)的使用仅仅旨在更好的解释本发明而不对本发明的范围提出限制。说明书中的任何语言不应该被解释为指代对本发明的实施必要的任何未要求保护的元素。
本文描述了本发明优选的实施方案，包括发明人已知的用于实施本发明的最优的模式。在阅读上述描述之前，那些优选的实施方案的变化对于本领域技术人员来说是明显的。发明人期望熟练的技术人员能适当地采用这些变化，并且发明人旨在以不同于在这里具体描述的方式实施本发明。因此，本发明包括在适用法律允许的情况下对所附权利要求中所述主题的所有修改和等效物。此外，除非在这里另有说明或与上下文明显冲突，否则本发明包含任何上述的所有可能变化的形式的元素的组合。

Claims (22)

1.一种静电喷雾干燥的奶粉制品，其表面组成包含的脂肪与喷雾干燥的相同的奶粉制品相比低了至少8％。
2.根据权利要求1所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中表面组成的约10％或多于10％包含碳水化合物。
3.根据权利要求1或2所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中奶粉制品是团聚的。
4.根据权利要求3所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中团聚尺寸为100μm或大于100μm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中奶制品包括奶、黄油、人造奶油、重奶油、鲜奶油、中等稀奶油、淡奶油、半鲜奶油、脱脂奶、酸奶、营养配方奶、初乳、乳清蛋白、乳铁蛋白、乳球蛋白、或其任意组合。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中奶制品包括初乳。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中奶制品的脂肪含量为约3％至约6％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的奶粉制品，其中奶粉制品是在低于150℃的入口温度下静电喷雾干燥的。
9.根据权利要求8所述的静电喷雾干燥的奶粉制品，其中施加的电压为约0.1kV或大于0.1kV。
10.一种提供奶粉制品的方法，其包括在低于150℃的入口温度下对奶制品进行静电喷雾干燥。
11.根据权利要求10所述的方法，其中雾化温度为约80℃或低于80℃。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中施加的电压为约0.1kV或大于0.1kV。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中施加的电压是连续的。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中施加的电压在两个或多于两个不同的电压之间调制。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其中施加的电压交替改变电荷。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中奶粉制品的表面组成包含的脂肪与喷雾干燥的相同的奶粉制品相比低了至少8％。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，其中奶粉制品的表面组成包含约10％或多于10％的碳水化合物。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法，其中奶粉制品在静电喷雾过程中是团聚的。
19.根据权利要求18所述的方法，其中团聚尺寸为100μm或大于100μm。
20.根据权利要求10至19中任一项所述的方法，其中奶制品包括奶油、重奶油、鲜奶油、中等稀奶油、淡奶油、半鲜奶油、脱脂奶、酸奶、营养配方奶、初乳、乳清蛋白、乳铁蛋白、乳球蛋白、或其任意组合。
21.根据权利要求10至20中任一项所述的方法，其中奶制品包括初乳。
22.根据权利要求10至21中任一项所述的方法，其中奶制品的脂肪含量为约3％至约6％。
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