CZ163897A3

CZ163897A3 - Process for preparing a suspension containing ice crystals in a sugar solution

Info

Publication number: CZ163897A3
Application number: CZ971638A
Authority: CZ
Inventors: David Robert Graham Cox; Stephen Raymond Moore
Original assignee: Unilever Nv
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-10-15
Also published as: PL320508A1; AU707038B2; WO1996016557A2; ES2143083T3; DE69514940T2; CN1076175C; US5633029A; NO972465L; CN1173116A; EP0804085B1; CA2206254C; MX9703879A; DK0804085T3; PT804085E; JP2963542B2; IL116201A; WO1996016557A3; SK67497A3; GR3033281T3; TW322417B

Description

Popisuje se příprava suspenze ledových krystalů, která je obvyklým stupněm při výrobě mražených výrobků, jako jsou^ oyo.cné' zmrzliny, zmrzliny a jiné mražené výrobky. Tyto výrobky jsoju tvoře^jf vodnými roztoky cukrů, které mohou popřípadě obsahovat-^·další složky, například chuťové látky, tuky, mléčné proteiny, emulgátory, plyn, barviva a ovocnou dřeň.

Dosavadní stav techniky

Při výrobě mražených výrobků je nutné vytvořit suspenzi ledových krystalů, které mají pokud možno co nejmenší průměrnou velikost krystalů.

Obvykle se suspenze ledových krystalů vyrábí v tepelném výměníku se stíraným povrchem (SSHE). Při tomto způsobu se vodný roztok cukrů současně míchá a chladí. Nevýhoda tohoto způsobu je, že mezi stěnou SSHE a jeho středem je teplotní spád, a krystalizace tedy probíhá na stěně SSHE. To má za následek nejednotnou distribuci velikosti krystalů.

Další nevýhodou použití SSHE pro výrobu suspenze ledových krystalů je to, že SSHE je velmi nákladné.

Alternativně je možno připravovat suspenzi ledových krystalů zmrazováním v klidu, například ve formě pro zmrzlinu na dřívku. Krystalizace probíhá na stěnách formy a do středu výrobku rostou velké, stromovité krystaly.

-2Nyní byl vyvinut jednoduchý způsob vytváření suspenze ledových krystalů, přičemž se vytvářejí ledové krystaly s požadovanou malou velikostí. Dále způsob dovoluje vytváření velkého množství rovnoměrně rozdělených krystalizačních jader. Způsob zahrnuje na počátku oddělené ochlazení prvního roztoku koncentrovaného cukru a druhého roztoku vody nebo méně koncentrovaného cukru před smísením ochlazených roztoků.

Podstata vynálezu

Vynález poskytuje způsob přípravy suspenze obsahující ledové krystaly v roztoku cukru, přičemž se před smísením odděleně ochladí první roztok koncentrovaného cukru a druhý roztok méně koncentrovaného cukru nebo vody na teplotu v rozmezí od teploty právě nad metastabilní limitní teplotou daného roztoku až do teploty is nad teplotou tání uvedeného roztoku; předpoklad je, že pokud se jeden nebo oba roztoky ochladí na teplotu v rozmezí právě nad metastabilní limitní teplotou roztoku až do teploty pod teplotu tání roztoku, uvedený roztok je podchlazen.

Předkládaný vynález poskytuje pohodlný způsob přípravy suspenze s obsahem velkého počtu relativně malých ledových krystalů. Velikost ledových krystalů může být dále snížena, pokud je alespoň jeden z roztoků před smísením podchlazen.

Termín „právě nad teplotou tání“ znamená, že teplota je v rozmezí až do přibližně 5 °C nad teplotou tání ledu v tomto roztoku.

Termín „právě nad metastabilní limitní teplotou“ znamená, že teplota je přibližně 0,5 °C nad metastabilní limitní teplotou pro roztok nebo vyšší.

-3Termín „metastabilní limitní teplota“ je v oboru dobře zriam. Vhodný způsob pro její měření se popisuje v publikaci: „Crystallization“, J. Mullin, Butterworth 1972, str. 178 a 179, obr. 6.4.

Prvním roztokem je koncentrovaný roztok cukru. Tento roztok 5 bude mít s výhodou koncentraci vyšší než přibližně 45, % hmotnostních, lépe vyšší než přibližně 55 % hmotnostních.

Druhým roztokem je buď voda nebo roztok cukru s menší koncentrací, S výhodou je druhým roztokem voda, protože pro. komerční použití je tento způsob nejúčinnější. Roztok cukru s menší io koncentrací bude mít s výhodou koncentraci menší než přibližně 20 % hmotnostních, výhodněji menší než přibližně 10 % hmotnostních.

Cukrem bude obvykle sacharóza, ale může být použito jiných cukrů, například glukózy, dextrózy a fruktózy. U některých postupů může být výhodné použití různých cukrů ve dvou roztocích.

Všechny roztoky mohou obsahovat malá množství ochucovacích látek, kyseliny citrónové, citranu sodného, tuků, mléčných proteinů, emulgátorů, plynu, ovocné dřeně, ovocné šťávy nebo stabilizátoru.

Použití většího počtu roztoků než dvou buď s rozdílnými nebo stejnými koncentracemi cukru, kdy každý roztok je před smísením samostatně ochlazen na teplotu v rozmezí od právě nad metastabilní limitní teplotou roztoku až právě nad teplotou tání roztoku je rovněž možné a spadá do rámce předkládaného vynálezu jak je nárokován; za předpokladu, že alespoň jeden z roztoků je koncentrovaný cukr a alespoň jeden roztok je méně koncentrovaný cukr nebo voda.

Typicky poskytne způsob podle vynálezu ledovou suspenzi, obsahující od 0,5 do 10 % hmotnostních ledových krystalů v roztoku cukru. Tato ledová suspenze se vytvoří velmi rychle. Množství vytvořeného ledu je pro komerční použití, jako např. pro zmrzliny nebo ovocné zmrzliny, příliš nízké. Proto je nutný druhý krok mražení pro χ zvýšení fázového objemu ledu v suspenzi. Tento druhý zmražovací

-4krok múze probíhat současně s krokem míšení. Je možno také nejprve připravit ledovou suspenzi podle vynálezu a potom ji zavést do vhodného mrazicího systému.

S výhodou je možno použít jakýchkoliv vhodných prostředků pro 5 míšení ochlazených roztoků. Použití různých způsobů míšení bude měnit velikost a/nebo tvar vytvořených krystalů.

Je možno použít statických mixérů, ve kterých prochází proudy kapaliny nepohyblivým mechanickým zařízením uspořádaným tak, aby přivedlo oba proudy dohromady a rychle je smíchalo. Příkladem je mixér Kenics. Tímto způsobem vzniká proud, obsahující suspenzi jemných ledových krystalů. Způsob podle vynálezu zahrnuje rovněž zavedení proudu do nádoby, například formy, obsahující popřípadě míchadlo. Tento způsob umožní, aby se suspenze v nádobě v chladivu zformovala, takže suspenze potom zmrzne v klidu.

Je také možno provádět krok míšení v nádobě, umožňující dynamické zmrazování, například ve výměníku se stíraným povrchem (SSHE) nebo v mixéru s přetlačovací komorou. Tímto způsobem se suspenze ledových krystalů vytváří v přístroji, který zabezpečí druhý krok zmrazování.

Tímto způsobem se však vytvoří velké množství malých krystalů v celém objemu vody a ne na povrchu nádoby.

Proud připravené suspenze může být pak zaveden do SSHE, ve kterém se zmrazení dokončí. V tomto kroku může být rovněž přiváděn plyn.

Jeden nebo oba roztoky mohou být před smísením podchlazeny.

Podchlazení umožní vytváření podstatně menších ledových krystalů.

Podchlazení znamená, že roztok byl ochlazen na nižší teplotu, ^tnež je teplota tání ledu v roztoku, aniž by se vytvořil led. Aby se dosáhlo podchlazení roztoku, roztok se ochlazuje pomalu.

ao Podchlazení může být dosaženo jakýmkoliv známým způsobem nebo

-5se může uskutečnit ochlazením roztoku v systému, ve kterém teplota chladivá nikdy neklesne pod metastabilní limit roztoku.

Aby se získal požadovaný konečný zmrazený výrobek, například ovocná zmrzlina, výsledná suspenze ledových krystalů se může smísit s se složkami mraženého výrobku. Je také s výhodou možno přidat složky mraženého výrobku do jednoho nebo obou roztoků, které se používají pro přípravu výchozí ledové suspenze. Typicky se další složky zmrazeného výrobku přidávají do vody nebo méně koncentrovaného roztoku cukru. Je také možné přidávat složky mraženého výrobku v průběhu kroku míšení.

Příklady provedení vynálezu

Následující příklady mají ilustrovat předmět vynálezu, ale nemají ho jakýmkoliv způsobem omezit.

Kaše ovocných zmrzlin byly připraveny smísením dvou roztoků.

Proud koncentrované sacharózy A (30 - 62 % hmotnostních sacharózy) byl ochlazen na teplotu o 0 až 4 °C vyšší než jeho rovnovážná teplota tání. Tento proud byl smísen s roztokem zředěné sacharózy v proudu B (0 - 15 % hmotnostních sacharózy), který byl 2o ochlazen na teplotu o 0 až 4 ’C vyšší, než jeho rovnovážná teplota tání. Každý proud může obsahovat malé množství ochucovacích látek, kyseliny citrónové, citrátu sodného, ovocné šťávy nebo stabilizátoru, například guaru nebo LBG. Tyto dva proudy byly míšeny v hmotnostním poměru mezi 8 : 1 a 1 : 2 koncentrovaného roztoku (A) k proudu zředěného roztoku (B). Celkový průtok byl 300 kg/h. Takto byl vytvořen směsný proud s počáteční teplotou nižší než je rovnovážná teplota tání proudu a vykrystalizoval určitý podíl vody. Proud měl teplotu v rozmezí od -18 °C do - 3 °C.

-6 Jako mixér byl použit statický trubicový mixér Kenics (dodávaný firmou Chemineer Ltd, Derby, Anglie), který obsahoval 30 cm dlouhou trubici o průměru 2,5 cm. Tato trubice obsahovala 12 zakřivených prvků, uspořádaných podél trubice paralelně k proudu kapaliny, které s se střídaly s prvky kolmými k přiléhajícím prvkům. Každý zakřivený prvek stáčí proud kapaliny v různých směrech.

Je také možno použít mixéru typu Sulzer (dodávaný firmou Sulzer-Chemtech, Winterhur, Švýcarsko).

Toto míšení vytvořilo fyzikální prostředí, ve kterém se io spontánně vytvářely ledové krystaly. Vytvořila se ledová kaše s obsahem mezi 0,5 % a 15 % hmotnostních ledu. Byly provedeny čtyři příklady za podmínek, uvedených v tabulkách I a II. Výsledné ledové kaše měly vypočtené hmotnostní podíly ledu od 1 do 5 %.

Konečná struktura, získaná po druhém zmrazovacím stupni se is vyznačovala měkkou texturou a lišila se od stromovité struktury, která vznikla zmrazováním v klidu.

Tabulka I

Př.	Proud A	Proud B
	Konc. sacharózy (% hmot.)	Teplota ro	Konc. sacharózy (% hmot.)	Teplota ro	Poměr průtoků (A/B)	Obsah ledu * (hmot. podíl)
I	62	-13,5	0	0	1	0,05
II	50	-7,1	0	0	1,6	0,01
III	62	- 13,5	15	-1,1	0,5	0,02
IV	55	- 9,2	15	-1,1	0,67	0,01

* vypočteno

-7Tabulka II

Teploty tání použitých roztoků Sacharóza (% hmotn.) žádná

-7,5

-9,3

13,8

Tato kaše, která obsahovala hmotu s velmi malými ledovými krystaly, byla poté ve druhém stupni zmrazená v tryskovém zmrazovacím zařízení nebo podobném přístroji za vzniku ledové suspenze s neobvyklou strukturou, která si zachovala velké množství malých krystalů. Výsledná ledová kaše pak byla zmražena za vytvoření komerčně použitelné ovocné zmrzliny. Tento další io zmrazovací krok, následující po míšení, může být také proveden v klidu, například ve formách procházejících zmrazovacími zónami nebo s pohybem, například ve výměníku se stíraným povrchem. Příklady zmrazovacích zón pro mražení v klidu jsou solankové lázně, ve kterých jsou umístěny formy, a zmrazovací tunely s velmi chladnými plyny. Přesný režim zmrazování bude záviset na struktuře a tvaru, který je požadován u konečného produktu.

Způsobem shodným s výše uvedeným byla připravena aerovaná ovocná zmrzlina. Buď koncentrovaný nebo zředěný proud byl před krokem míšení sycen vzduchem (nebo jiným vhodným plynem). Malé bublinky vzduchu byly rozptýleny v suspenzi a zůstaly pohlceny ve zmrazeném produktu.

Způsob je zvláště použitelný pro vytváření ovocných zmrzlin, ale může být také použit při přípravě jiných potravin, ve kterých je složkou led. Způsob je tedy možno použít pro přípravu zmrzliny.

-8Příklad V

Kaše ovocné zmrzliny byla připravena míšením dvou roztoků.

Proud koncentrované sacharózy A (62 % hmotnostních) byl ochlazen na - 10,9 °C. Tento proud byl míchán s vodou, která navíc obsahovala 1,4 % hmotnostních kyseliny citrónové, 0,7 % hmotnostních citrónové příchuti a byl ochlazen na 0,3 ’C. Tyto dva proudy byly míšeny v hmotnostním poměru 1:1. Celkový průtok byl 3,3 kg/min. Použitým mixérem byl mixér Kenics- s dvanácti prvky. Ve výstupním proudu o teplotě - 2,1 °C byly pozorovány ledové krystaly.

Příklad VI

Roztok ovocné zmrzliny byl připraven míšením dvou roztoků.

0,46 kg roztoku sacharózy 55 % hmotnostních (teplota tání - 9,2 °C) bylo ochlazeno na - 7,5 °C. Tento roztok byl míšen s 0,5 kg vody, která byla podchlazena na - 1,7 °C. Míšení bylo prováděno použitím turbíny Rushton při otáčkách 200 min¹. Téměř okamžitě bylo ve směsi pozorováno vytváření ledových krystalů.

Příklad VII

Roztok sacharózy (60 % hmotnostních) při - 12,8 °C byl míšen s vodou o teplotě 0,1 °C v hmotnostním poměru 3:2 v turbinovém mixéru Rushton při otáčkách 240 min'¹ za vytvoření proudu A, obsahujícího kaši ledových krystalů.

Proud B byla směs o následujícím složení (% hmotnostních),
voda	53,8
práškové sušené mléko	25,0
máselný tuk	20,0
karubová guma	0,4
emulgátor	0,8

-9 která byla pasterizována a homogenizována. Proudy A a B (při - 2,6 °C) byly míšeny s hmotnostním poměrem 1:1 a do výsledného proudu byl současně přidáván dusík, přičemž proud byl vystaven střižným silám za vzniku tuhého produktu. Tento produkt potom dále tuhl v klidu na -16 °C za vzniku zmrzlinářského výrobku.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby suspenze s obsahem krystalů ledu v roztoku

5 cukru, vyznačující se tím, že první roztok koncentrovaného cukru a druhý roztok méně koncentrovaného cukru nebo vody se odděleně ochlazují před smísením na teplotu v rozmezí od teploty právě nad metastabilní limitní teplotou příslušného roztoku do teploty právě nad teplotou tání io příslušného roztoku; za předpokladu, že jeden nebo oba roztoky se ochladí na teplotu v rozmezí od právě nad metastabilní limitní teplotou příslušného roztoku do teploty pod teplotou tání příslušného roztoku, příslušný roztok je podchlazen.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, ž e první roztok je koncentrovaný roztok cukru s koncentrací cukru vyšší než přibližně 45 % hmotnostních, s výhodou vyšší než přibližně 55 % hmotnostních.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že druhým roztokem je voda nebo méně koncentrovaný roztok cukru s koncentrací cukru menší než přibližně 20 % hmotnostních, s výhodou nižší než přibližně 10

25 % hmotnostních.
4. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že druhým roztokem je voda.

-11 5. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že alespoň jeden roztok
5 má teplotu v rozmezí od teploty právě nad metastabilní limitní teplotou tohoto roztoku do teploty pod teplotou tání tohoto roztoku.
6. Způsob podle některého z předcházejících nároků, io vyznačující se tím, ž e jak první, tak i druhý roztok mají teplotu v rozmezí od teploty právě nad metastabilní limitní teplotou příslušného roztoku do teploty pod teplotou tání příslušného roztoku.

15
7. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, Že alespoň jeden roztok má teplotu rovnou nebo právě nad jeho teplotou tání.
8. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující

2o setím, ž e jak první, tak i druhý roztok má teplotu rovnou nebo právě nad jeho teplotou tání.
9. Způsob výroby produktu obsahujícího suspenzi ledu, vyznačující se tím, že suspenze podle

25 některého z předcházejících nároků je vystavena kroku mražení současně s krokem míšení.
10. Způsob výroby produktu obsahující suspenzi ledu, vyznačující se tím, že suspenze podle

I ί

'ť

-12některého z nároků 1 až 8 je vystavena kroku mražení po kroku míšení.