DE60020339T2

DE60020339T2 - Gefrierschutzprotein enthaltendes schaumwassereis

Info

Publication number: DE60020339T2
Application number: DE60020339T
Authority: DE
Inventors: Adrian Bedford DANIEL; Ian Bedford LACY; Jon Richard Bedford OLDROYD
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2006-01-26
Also published as: US6436460B1; IL145157A; DE60020339T8; CA2363243A1; DE60000864T2; IL145155A; BR0008887B1; CN1142722C; EP1158866B1; CN1350431A; AU767157B2; TR200102596T2; BR0008885A; US6491960B1; IL145158A; EP1158863A1; AU765718B2; EP1158864A1; ATE279122T1; CN1129369C

Description

Technischer Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft neuartige Wassereis, belüftet mit einem wasserlöslichen Gas. Insbesondere betrifft die Erfindung neuartige Wassereis, belüftet mit einem wasserlöslichen Gas, ausgewählt aus Kohlendioxid, Distickstoffoxid und Gemischen daraus, welche ein Frostschutzprotein in ihrer Zusammensetzung enthalten.
Hintergrund der Erfindung
Es ist hochgradig wünschenswert, in der Lage zu sein, ein Wassereis mit neuartigen Formen, Eigenschaften und/oder Beschaffenheiten herzustellen. Bis jetzt ist jedoch die Fähigkeit des vorsehens von solch einem hohen Grad an Neuheit und Interesse an den Produkten beschränkt gewesen. Insbesondere müssen Produkte mit der Fähigkeit hergestellt werden, Verpackung, Lagerung und Verteilung zu überleben.
Es ist besonders wünschenswert, in der Lage zu sein, ein Wassereis vorzusehen, das einen kalorienarmen Inhalt hat. Solch ein Wassereis hat den Vorteil, besonders erfrischend zu sein.
Jedoch wird, wenn ein wenig Kalorien enthaltendes Wassereis auf herkömmlichem Weg hergestellt wird, ein sehr harter Eisblock erhalten, was für den Konsumenten nicht annehmbar ist, wenn es bei typischen Gefrierapparat-Temperaturen gegessen wird.
Produkte, welche durch lösliche Gase wie Kohlendioxid und/oder Distickstoffoxid belüftet worden sind, sind in der Literatur offenbart worden. Beispiele sind US-3969531 und JP-80013708.
US-3969531 (Cornelius) offenbart ein Verfahren, durch welches ein Wasser und Orangensaftgemisch mit Distickstoffoxid-Gas belüftet wird, um ein halbgefrorenes Lebensmittel zu bilden.
JP-80013708 offenbart ein körniges, gefrorenes Getränk, das durch einen Strohhalm getrunken werden kann. Ein Sirup wird mit dem Wasser und Kohlendioxid innerhalb einer Maschine zur Herstellung eines gefrorenen Getränks gemischt, sodass sich das Kohlendioxid-Gas zwischen dem gefrorenen Material befindet.
US-4826656 beschreibt eine weiches, gefrorenes Wassereis mit glatter Beschaffenheit mit einem Feststoffgehalt von 18–26 Gew.% und einem Überlauf von zwischen 25–70% unter Verwendung von Luft, wobei das Wassereis von 0,05 bis 0,5 Gew.-% eines stabilisierenden Gemisches enthält.
GB-915389 beschreibt eine fettfreie Eiscreme, welche disper gierte Luft oder Gas enthält, sodass sie leicht geschnitten oder gebissen wird, wenn sie kalt ist.
Jedoch haben wir herausgefunden, dass solche Produkte Stabilitätsprobleme haben, sodass sie nicht weiter verarbeitet werden können, zum Beispiel können sie schwierig zu extrudieren sein, und sie sind bei –18°C auch nicht lagerungsstabil.
In unserer gleichzeitig anhängigen Anmeldung PCT/EP-99/0029 (veröffentlicht als WO-99/38386 am 5. August 1999 nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung) wird ein Wassereis-Produkt vorgesehen, welches gegenüber Verarbeitung und Lagerung bei –18°C stabil ist, mit einer kanalisierten, porösen Struktur. Jedoch wird in WO-99/38386 offenbart, dass stabile Wassereis-Produkte, belüftet mit wasserlöslichen Gasen, nicht vorgesehen werden können, falls das Produkt ein Gasphasenvolumen von mehr als 0,45 nach Härtung hat. Wir haben überraschend herausgefunden, dass Wassereis-Produkte mit einem Frostschutzprotein in ihrer Zusammensetzung mit wasserlöslichen Gasen so belüftet werden können, dass ein viel höheres Gasphasenvolumen erreicht werden kann.
Zusätzlich stattet der Einschluss eines Frostschutzproteins in die Wassereis-Zusammensetzung das Eiskonfekt mit speziellen, definierten, mechanischen Eigenschaften aus. Solche Wassereis haben neuartige Beschaffenheiten und/oder Eigenschaften und es können Produkte mit komplexen, hochgradig definierten Formen vorgesehen werden. Die neuartigen Merkmale können während der Verpackung, Lagerung und Verteilung bewahrt werden.
Offenbarung der Erfindung
Entsprechend sieht die Erfindung ein Wassereis vor, welches ein Frostschutzprotein, einen Stabilisator und nicht weniger als 0,1 Gew.-% eines auf Protein basierenden Treibmittels umfasst, erhältlich durch ein Verfahren, welches Belüften des Wassereis mit einem Treibgas umfasst, welches mindestens 50 Vol.-% eines wasserlöslichen Gases umfasst, ausgewählt aus Kohlendioxid, Distickstoffoxid und Gemischen daraus.
Vorzugsweise enthält das Treibgas mindestens etwa 50 Vol.-%, bevorzugter mindestens etwa 70 Vol.-% eines wasserlöslichen Gases, insbesondere bevorzugt 100 Vol.-%.
Mit Wassereis ist eine gefrorene Lösung gemeint, welche im Wesentlichen aus Zucker, Wasser, Fruchtsäure oder anderen Säue rungsmitteln, Farbstoff, Frucht oder Fruchtgeschmacksstoff hergestellt ist.
Das Wassereis wird typischerweise einen Eisgehalt von mindestens 30 Vol.-% haben, wenn bei –18°C gemessen, bevorzugter mindestens 40 Vol.-%, wenn bei –18°C gemessen, insbesondere bevorzugt mindestens 50 Vol.-%, wenn bei –18°C gemessen.
Der Eisgehalt kann den Techniken folgend bestimmt werden, welche im Artikel von B. de Cindio und S. Correra im Journal of Food Engineering, Band 24, Seiten 405–415, 1995 beschrieben werden. Die für diese Technik erforderlichen Enthalpiedaten werden unter Verwendung von adiabatischer Kalorimetrie (Holometrix Adiabatic Calorimeter) erhalten. Die Eisgehalte, wie hierin ausgedrückt, werden an einer 80 g Probe, gegossen in den Probenhalter des Kalorimeters und auf –75°C gekühlt, durch Platzieren der Anordnung in Trockeneis vor Platzieren in den Kalorimeter (vorgekühlt auf zwischen –70°C und –80°C) gemessen. Die erhaltenen Enthalpiedaten wurden analysiert, um Eisgehalt als eine Funktion der Temperatur nach dem Verfahren von Cindio und Carrera zu ergeben.
Im Allgemeinen hat das Wassereis einen Gesamtgehalt an löslichen Feststoffen von weniger als 40 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 25 Gew.-%, insbesondere bevorzugt weniger als 15 Gew.-%. Für kalorienarme Wassereis kann der Gehalt an löslichen Feststoffen so niedrig wie annähernd 5 Gew.-% sein.
Typischerweise sind die gesamten löslichen Feststoffe, welche verwendet werden, um Wassereis-Produkt der vorliegenden Erfindung herzustellen, im Bereich von 5 Gew.-% bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 6 Gew.-% bis 25 Gew.-%, zum Beispiel 7 Gew.-% bis 20 Gew.-%.
Der Gesamtgehalt an löslichen Feststoffen wird bei 4°C gemessen und ist der Prozentsatz nach Gewicht der gesamten Zusammensetzung, der bei der Temperatur gelöst ist.
Ein weiterer Vorteil von Wassereis-Produkten, welche mit einem wasserlöslichen Gas belüftet worden sind ist, dass sie überraschend mit einer Oberfläche versehen sind, welche im Wesentlichen frei von Klebrigkeit ist. Üblicherweise wird eine nicht-klebrige Oberfläche erhalten.
Das Wassereis muss innerhalb seiner Zusammensetzung einen Stabilisator und nicht weniger als 0,1 Gew.-% eines auf Protein basierenden Treibmittels einschließen. Vorzugsweise wird ein Stabilisator in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% eingeschlossen. Die maximale Menge an Stabilisator ist etwa 1,0 Gew.%. Vorzugsweise ist die Menge an Stabilisator im Bereich von 0,1 bis 1,0 Gew.-%, bevorzugter 0,15 Gew.-% bis 0,7 Gew.-%, zum Beispiel 0,2 bis 0,5 Gew.-%. Für eine gegebene Formulierung und/oder Verarbeitungsbedingungen wird die erforderliche genaue Menge an Stabilisator von der Art des verwendeten Stabilisators abhängen. Die Menge an Stabilisator betrifft die Gesamtmenge an Stabilisator(en) in dem Produkt.
Wie hierin verwendet betrifft der Begriff „Stabilisator" Verbindungen, welche herkömmlich nach Stand der Technik als Stabilisatoren bezeichnet werden. Sie verbessern die Stabilität der Wassereis-Zusammensetzung vor dem Gefrieren und fungieren als Verdickungsmittel. Es wird angenommen, dass sie die Viskosität der flüssigen Phase vor und während dem Gefrieren erhöhen.
Jeder Stabilisator kann verwendet werden, jedoch ist Locust Bean Gum (Johannisbrotkernmehl) (LBG) der bevorzugte Stabilisator. Weitere Stabilisatoren, die verwendet werden können, schließen Agar-Agar, Algin-Natriumalginat, Propylenglycolalginat, Akaziengummi, Guarsamengummi, Karaya-Gummi, Hafer-Gummi, Tragantgummi, Karragheen und Salze davon, Furcellaran und Salze davon, Flohsamenspelzen und Cellulose-Stabilisatoren ein. Gemische aus allen diesen Stabilisatoren können verwendet werden.
Die Menge an auf Protein basierendem Treibmittel in einem mit wasserlöslichem Gas belüfteten Produkt beträgt nicht weniger als 0,1 Gew.-%. Die typische Gew.-% Bandbreite für das Treibmittel in der Zusammensetzung beträgt 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, bevorzugter 0,15 Gew.-% bis 0,4 Gew.-%, bevorzugter 0,15 Gew.-% bis 0,25 Gew.-%.
Ein Treibmittel, wie der Begriff hierin verwendet wird, betrifft jeden Bestandteil, welcher aufgrund seiner Oberflächenwirksamkeit und/oder der Viskosität, welche er verleiht, die Bildung von kleineren Gaszellen (als andernfalls gebildet würden) unterstützt und ihrer Koaleszenz oder Trennung in der nicht gefrorenen Matrix widersteht.
Jedes auf Protein basierende Treibmittel kann verwendet werden, zum Beispiel auf Ei basierende Treibmittel wie Eiweiß, Natriumcaseinat, Sojaisolat, Weizengluten und Molkeprotein. Vor zugsweise ist das Treibmittel ein hydrolysiertes Milchprotein wie Hyfoama (Warenzeichen von Quest) und hydrolysiertes Sojaprotein wie D-100 (Warenzeichen von Gunter Industries). Das Treibmittel versteht sich so, dass es das Treibgas nicht einschließt, wie unten benannt.
Mit Frostschutzprotein (AFP) ist ein Protein gemeint, welches signifikante Eis-Umkristallisation hemmende Eigenschaften hat, wie gemäß Beispiel 2 gemessen. Das AFP sieht eine Eispartikelgröße nach Umkristallisation von weniger als 20 μm, bevorzugter von 5 bis 15 μm vor.
Vorzugsweise umfasst das Wassereis mindestens 0,0005 Gew.-% Frostschutzprotein, bevorzugter 0,0025 Gew.-% Frostschutzprotein. Typischerweise wird das Wassereis von 0,0005 Gew.-% bis 0,005 Gew.-% Frostschutzprotein umfassen.
Für einige Anwendungen kann es vorteilhaft sein, ein Gemisch aus zwei oder mehreren unterschiedlichen AFPs in das Wassereis einzuschließen.
Das AFP zur Verwendung in Produkten der Erfindung kann jedes AFP sein, welches zur Verwendung in Nahrungsmitteln geeignet ist. Beispiele für geeignete Quellen von AFP werden zum Beispiel im Artikel „Antifreeze proteins and their potential use in frozen food products", Marylin Griffith und K. Vanya Ewart, Biotechnology Advances, Vol. 13, pp 375–402, 1995 und in Patentanmeldungen WO-98/04699, WO-98/04146, WO-98/04147, WO-98/04148 und WO-98/22591 angegeben.
Die AFPs können durch jedes geeignete Verfahren aus ihren Quellen erhalten werden, zum Beispiel die Isolationsverfahren, wie in den oben erwähnten Dokumenten beschrieben.
Eine mögliche Quelle für AFP-Materialien ist Fisch. Beispiele für Fisch-AFP Materialien sind Frostschutz-Glycoproteine (AFGP) (zum Beispiel erhältlich von Atlantik-Kabeljau, Grönland-Kabeljau und Tomcod), Typ I AFP (zum Beispiel erhältlich von Winterflunder, Yellowtail-Flunder, Shorthorn-Sculpin und Grubby-Sculpin), Typ II AFP (zum Beispiel erhältlich von Sea-Raven, Stint und Atlantik-Hering) und Typ III AFP (zum Beispiel erhältlich von Ocean Pout, Atlantik-Seewolf, Radiated Shanny, Butterfisch und Lavals-Aalmutter). Ein bevorzugtes Beispiel des letzteren Typs wird in WO-97/02343 beschrieben.
Eine weitere mögliche Quelle für AFP-Material sind wirbel lose Tiere. AFPs können auch von Bakterien erhalten werden. Eine dritte mögliche Quelle für AFP-Material sind Pflanzen.
Beispiele für Pflanzen, welche AFPs enthalten, sind Knoblauchsrauke, Bluewood-Aster, Frühlingshafer, Winterkresse, Winter-Canola, Rosenkohl, Karotte, Dutchman's Breeches, Wolfsmilch, Taglilie, Wintergerste, Virginisches Wasserblatt, schmalblätterige Kochbanane, Kochbanane, Speargrass, Kentucky-Bluegrass, Eastern-Pappel, Weißeiche, Winterroggen, Bittersüßer Nachtschatten, Kartoffel, Vogelmiere, Löwenzahn, Frühling- und Winterweizen, Triticale, Immergrün, Veilchen und Gras.
Sowohl natürlich vorkommende Arten können verwendet werden, als auch Arten, welche durch genetische Modifikationen erhalten wurden. Zum Beispiel können Mikroorganismen oder Pflanzen genetisch modifiziert werden, um AFPs zu exprimieren, und die AFPs können dann gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Genetische Manipulationstechniken können verwendet werden, um AFPs herzustellen. Genetische Manipulationstechniken können verwendet werden, um AFPs mit mindestens 80%, bevorzugter mehr als 95%, insbesondere bevorzugt 100 Homologie gegenüber den direkt aus den natürlichen Quellen erhaltenen AFPs herzustellen. Zum Zweck der Erfindung werden diese AFPs, welche diesen hohen Homologiegrad besitzen, ebenfalls innerhalb des Begriffs „AFPs" umfasst.
Die genetischen Manipulationstechniken können wie folgt verwendet werden: eine passende Wirtszelle oder Organismus würde durch ein Genkonstrukt transformiert, das das gewünschte Polypeptid enthält. Die Nucleotidsequenz, welche für das Polypeptid kodiert, kann in einen geeigneten Expressionsvektor insertiert werden, der für die notwendigen Elemente zur Transkription und Translation kodiert, und auf solche Weise, dass sie unter passenden Bedingungen (zum Beispiel in richtiger Ausrichtung und korrektem Leserahmen und mit passenden Ziel- und Expressionssequenzen) exprimiert werden. Die Verfahren, die benötigt werden, um diese Expressionsvektoren zu konstruieren, sind den Fachleuten gut bekannt.
Eine Anzahl an Expressionssystemen kann genutzt werden, um die Polypeptid-Kodierungssequenz zu exprimieren. Diese schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Bakterien, Hefe Insektenzellsysteme, Pflanzenzellkultur-Systeme und Pflanzen, alle transformiert mit den passenden Expressionsvektoren.
Eine große Vielfalt an Pflanzen und Pflanzenzellsystemen kann mit den Nucleinsäurekonstrukten der gewünschten Polypeptide transformiert werden. Bevorzugte Ausführungsformen würden einschließen, sind aber nicht begrenzt auf Mais, Tomate, Tabak, Karotten, Erdbeeren, Rapssamen und Zuckerrübe.
Für einige natürliche Quellen können die AFPs aus einem Gemisch aus zwei oder mehreren unterschiedlichen AFPs bestehen.
Vorzugsweise wird das Frostschutzprotein so gewählt, dass es für den Eiskristall ein Seitenverhältnis von mehr als 1,9, vorzugsweise von 1,9 bis 3,0, bevorzugter von 2,0 bis 2,9, noch bevorzugter von 2,1 und 2,8 ergibt (siehe WO-98/04146). Seitenverhältnis ist definiert als der maximale Durchmesser eines Teilchens, geteilt durch seinen minimalen Durchmesser. Das Seitenverhältnis kann durch jedes geeignete Verfahren bestimmt werden. Ein bevorzugtes Verfahren wird in den Beispielen (Beispiel 3) veranschaulicht.
Zum Zweck der Erfindung werden die bevorzugten AFPs von Fisch abgeleitet. Besonders bevorzugt wird die Verwendung von Fischproteinen vom Typ III, insbesondere bevorzugt HPLC 12, wie in unserem Fall WO-97/02343 beschrieben.
Überraschend haben belüftete Wassereis-Zusammensetzungen, welche Frostschutzproteine enthalten, ähnliche mechanische Eigenschaften, falls sie mit Luft oder mit einem wasserlöslichen Gas belüftet werden.
Entsprechend haben Wassereis-Zusammensetzungen, welche Frostschutzproteine enthalten, welche mit einem wasserlöslichen Gas belüftet worden sind, die folgenden mechanischen Eigenschaften: Δ Modul/Anfangsmodul ≥ 0,4 und/oder Δ Festigkeit/Anfangsfestigkeit ≥ 0,7; mit der Maßgabe, dass wenn Δ Modul/Anfangsmodul ≤ 6,0, Δ Modul ≥ 90 MPa, und/oder wenn Δ Festigkeit/Anfangsfestigkeit ≤ 2,0, Δ Festigkeit ≥ 0,2 MPa.
Insbesondere bevorzugt ist Δ Modul/Anfangsmodul ≥ 1,0; mit der Maßgabe, dass wenn Δ Modul/Anfangsmodul ≤ 6,0, Δ Modul ≥ 100 MPa.
Vorzugsweise ist Δ Festigkeit/Anfangsfestigkeit ≥ 0,9. Insbesondere bevorzugt ist Δ Festigkeit/Anfangsfestigkeit ≥ 1,5.
Mit Modul ist der scheinbare Elastizitätsmodul (E) gemeint, wie unter Verwendung eines Vierpunkt-Biegeversuchs bestimmt. Beispiel 1 führt das Standardverfahren zum Durchführen eines Vierpunkt-Biegeversuchs auf.
Daher bedeutet Δ Modul (ΔE) die Veränderung im Modul zwischen zwei Wassereis, deren Formulierung und Herstellungsverfahren in allen Aspekten identisch sind, außer dass das erste Wassereis in seiner Zusammensetzung ein Frostschutzprotein einschließt und das zweite Wassereis kein Frostschutzprotein in seiner Zusammensetzung eingeschlossen hat (die Kontrollzusammensetzung). Anfangsmodul (E_orig) ist der Modul, der in der Kontrollzusammensetzung gemessen wird.
Mit Festigkeit ist die Biegungsfestigkeit (σ_u) gemeint, welche als maximale Spannung definiert ist, dem ein Material unter den bestimmten Bedingungen widerstehen kann. Die Biegungsfestigkeit wird angegeben durch die Spannung bei einem Punkt von maximaler Kraft auf der Kraft-Weg-Kurve, aufgezeichnet während eines Vierpunkt-Biegeversuchs.
Daher bedeutet Δ Festigkeit (Δσ_u) die Veränderung in der Stärke zwischen zwei Wassereis, deren Formulierung und Herstellungsverfahren in allen Aspekten identisch sind, außer dass das erste Wassereis in seiner Zusammensetzung ein Frostschutzprotein einschließt und das zweite Wassereis kein Frostschutzprotein in seiner Zusammensetzung eingeschlossen hat (die Kontrollzusammensetzung). Anfangsfestigkeit (σ_uorig) ist der Modul, der in der Kontrollzusammensetzung gemessen wird.
Produkte gemäß der Erfindung haben eine kanalisierte, poröse Struktur.
Mit kanalisierter, poröser Struktur ist eine Struktur gemeint, welche Hohlräume in Form von gewundenen, nichtkugelförmigen Kanälen enthält. Die Kanäle werden durch die Gasphase gebildet. Diese Strukturen können von bekannten belüfteten Strukturen unterschieden werden, wo die Gasphase Hohlräume in Form von Blasen bildet, von denen die Mehrzahl im Wesentlichen kugelförmig ist, für ein Gasphasenvolumen von zwischen 0,1 und 0,45.
Die Struktur von Produkten gemäß der Erfindung kann von AFP-enthaltenden Strukturen, belüftet mit einem nicht-löslichen Gas wie Luft dadurch unterschieden werden, dass der relative Durchmesser der einzelnen Gaskanäle, welche in Produkten vorhanden sind, welche mit einem löslichen Gas belüftet wurden, für den gleichen Überlauf größer ist, als die Hohlräume, welche in Pro dukten vorhanden sind, die mit einem nicht-löslichen Gas belüftet wurden.
Ferner können die Strukturen von nicht-AFP enthaltenden Strukturen unterschieden werden, welche mit einem löslichen Gas belüftet wurden. In Produkten gemäß der Erfindung umfasst die nicht-gasförmige Phase ein eng gepacktes, fortlaufendes Netzwerk an Eiskristallen.
Mit eng gepacktem, fortlaufenden Netzwerk an Eiskristallen ist gemeint, dass jedes gegebene Eiskristall an mindestens einen anderen Eiskristall angeschlossen ist.
Wie oben erwähnt stattet die Zugabe eines Frostschutzproteins in die Wassereis-Zusammensetzung das Wassereis-Produkt, welches mit einem wasserlöslichen Gas belüftet worden ist, mit neuartigen Beschaffenheiten und Eigenschaften aus.
Das Wassereis, welches das Frostschutzprotein enthält, kann das gesamte Produkt ausmachen, oder kann ein Bestandteil eines Verbundprodukts sein. Für ein Verbundprodukt wird das Wassereis der Erfindung innerhalb eines herkömmlichen Eiskonfekts eingeschlossen, um Beschaffenheitskontrast vorzusehen. Vorzugsweise enthalten solche Verbundprodukte das Wassereis gemäß der Erfindung als diskrete Elemente in ihrer Struktur. Zum Beispiel kann ein relativ weicher Eiscreme-Kern mit einer Schicht der Zusammensetzung der Erfindung überzogen sein, um eine feste, knusprige Schicht vorzusehen, welche den Eiscreme-Kern umgibt. Ein weiteres Beispiel wäre der Einschluss des Wassereis der Erfindung als Einschluss in Eiskonfekten. Alternativ kann das Produkt mit einem durchgängigen oder partiellen Überzug aus zum Beispiel einer Wasserglasur oder einem nicht-belüfteten Wassereis auf wenigstens einer Oberfläche versehen sein.
Wassereis-Produkte gemäß der Erfindung, welche mit einem wasserlöslichen Gas belüftet werden, können bequem durch ein Verfahren hergestellt werden, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst;

(i) Belüftung einer Wassereis-Zusammensetzung mit einem Treibgas, welches mindestens etwa 50 Vol.-%, vorzugsweise mindestens etwa 70 Vol.-%, insbesondere bevorzugt 100 Vol.-% eines wasserlöslichen Gases enthält.
(ii) Gefrieren in einem Gefrierapparat, zum Beispiel einem Eiscreme-Gefrierapparat, sodass die Verweilzeit im Gefrierappa rat annähernd 2,5 bis 10 Minuten, vorzugsweise 3 bis 9 Minuten, zum Beispiel 3 bis 8 Minuten beträgt; und
(iii) Zweistufenhärtung.

Ein wasserlösliches Treibgas ist eines mit einer Löslichkeit in Wasser von mindestens 2 Gramm/100 g Wasser bei 4°C und 760 mmHg.
Das wasserlösliche Gas kann typischerweise Kohlendioxid, Distickstoffoxid und Gemische daraus sein. Der Rest des Treibgases wird typischerweise Stickstoff enthaltendes Gas, z.B. Luft sein.
vorzugsweise ist das Treibgas Kohlendioxid oder ein Gemisch aus Gasen, welches Kohlendioxid enthält.
Belüftung kann innerhalb des (Eiscreme) Gefrierapparats oder alternativ vor dem Gefrieren stattfinden, z.B. innerhalb einer Vorbelüftungsanlage, bevor die Wassereis-Zusammensetzung in den (Eiscreme) Gefrierapparat eintritt.
Typischerweise wird der Eiscreme-Gefrierapparat ein Kratzwärmetauscher sein.
Es versteht sich, dass das Treibgas, welches gemäß der Erfindung verwendet wird, nicht im Wesentlichen Luft sein darf, sondern ein wasserlösliches Gas wie oben definiert umfassen muss.
Es wird besonders bevorzugt, dass der Zweistufenhärtungsschritt, welcher im Verfahren oben erwähnt wird, wie folgt durchgeführt wird:
Der Zweistufenhärtungsschritt kann durch Schockgefrieren in der ersten Stufe erreicht werden, um teilweise die Struktur des Eisprodukts zu bilden, wobei die Temperatur der zweiten Stufe zur Expansion der Struktur geeignet ist. Die Härtung der ersten Stufe wird vorzugsweise unter Verwendung einer kälteren Temperatur als die der zweiten Stufe durchgeführt. Die erste Stufe kann Luft bei –20°C oder darunter verwenden, welche über das Produkt geblasen wird. Der Härtungsschritt könnte in einem einzelnen Gefrierapparat stattfinden, oder in einem ersten kälteren Gefrierapparat, wobei die zweite Stufe in einem weiteren Gefrierapparat während der Lagerung stattfindet.
Ein bevorzugter Zweistufenhärtungsschritt ist:

(1) Die Temperatur des Produkts muss auf unter mindestens –20°C innerhalb von annähernd 2 Stunden zum Beispiel innerhalb eines Gebläse-Gefrierapparats, Härtungstunnels, flüssigem Stick stoff oder jedem anderen geeigneten Schockgefriermittel verringert werden. Typischerweise wird das Produkt für 1 Stunde bei –35°C in einen Gebläse-Gefrierapparat platziert; und
(2) Das Produkt wird dann bei einer Temperatur von annähernd –18°C oder darunter gehalten, bis sich die Produktdichte stabilisiert. Dies kann durch Lagern des Produkts für 3 Tage in einem Kühllager bei –24°C bewirkt werden. Die Struktur hat sich stabilisiert, wenn es keine weitere Veränderung seiner Dichte gibt.

Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Schema der Daten, welche während eines Vierpunkt-Biegeversuchs aufgezeichnet wurden.
In 2 bis 5 werden AFP-enthaltende Beispiele durch (☐) angezeigt, Kontrollproben, welche kein AFP enthalten, werden durch (⧫) angezeigt.
2 zeigt einen Vergleich des scheinbaren Moduls, welcher für Beispiele 4–9 gemessen wurde, verglichen mit Vergleichsbeispielen A–E.
3 zeigt einen Vergleich der Biegungsfestigkeit, welche für Beispiele 4–9 gemessen wurde, verglichen mit Vergleichsbeispielen A–E.
4 zeigt einen Vergleich des scheinbaren Moduls, welcher für Vergleichsbeispiele F–K gemessen wurde, verglichen mit relevanten Kontrollproben.
5 zeigt einen Vergleich der Biegungsfestigkeit, welche für Vergleichsbeispiele F–K gemessen wurde, verglichen mit relevanten Kontrollproben.
Beispiele
Die Erfindung wird nun mittels der folgenden Beispiele veranschaulicht werden.
Beispiel 1
Vierpunkt-Biegeversuch
Der Standard-Vierpunkt-Biegeversuch kann verwendet werden, um eine Anzahl an mechanischen Eigenschaften von Eiskonfekt-Materialien zu bestimmen. Die gemessenen mechanischen Eigenschaften sind Young-Modul (scheinbar) und Biegungsfestigkeit.
In einem Biegeversuch wird ein Teststück verformt, während die angewandte Kraft und Teststück-Durchbiegung gemessen wird. Ein schematischer Datensatz für ein Eiskonfekt wird in 1 gezeigt. Der scheinbare Elastizitätsmodul wird durch den Gradienten des anfänglichen linearen Teils dieser Kurve bestimmt.
Der Vierpunkt-Biegeversuch erfordert die Herstellung eines parallel-seitigen, rechteckigen Barrens aus Eiskonfekt-Material. Dieser kann durch jedes geeignete Mittel erhalten werden.
In dieser besonderen Anwendung wurde der parallel-seitige, rechteckige Barren aus Eiskonfekt unter Verwendung von Aluminiumformen hergestellt, welche Barren mit den Ausmaßen 25 × 25 × 200 mm erzeugen.
a) Ruhend gefrorene Eiskonfekte
Das flüssige Eiskonfekt-Vorgemisch wurde in eine Form gegossen, welche in einem Schockgefrierer bei –35°C für mindestens 30 Minuten vorgekühlt worden war, die Form wurde dann in einen Schockgefrierer bei –35°C für mindestens 2 Stunden platziert. Die Proben wurden dann aus der Form genommen und bei –25°C bis zum Test gelagert (durchgeführt nach 5–6 Tagen). 18 bis 24 Stunden vor dem Testen wurden die Proben durch Lagern bei –18°C äquilibriert, der Temperatur, bei welcher alle Tests durchgeführt wurden. Ein Minimum von 10 Barren wurde für jeden Probensatz getestet und der Mittelwert von jedem Probensatz wurde aufgezeichnet, als der Wert der mechanischen Eigenschaft gemessen wurde.
b) Mit Bewegung gefrorene Eiskonfekte
Das Eiskonfekt wurde aus dem Eiscreme-Gefrierapparat (Kratzwärmetauscher) bei einer Temperatur von –1°C bis –5°C je nach Eiskonfekt in eine Form extrudiert, welche in einem Schockgefrierer bei –35°C für mindestens 30 Minuten vorgekühlt worden war, die Form war mit Silikonpapier ausgelegt, um Eis-Metall Anhaftung zu verhindern. Die Probe wurden dann wie oben für ruhend gefrorene Proben hergestellt.
Der allgemeine Test, welcher auf alle Arten von Feststoffen angewendet wird, wird in „Biomechanics Materials. A practical Approach" Hrsg. J. F. V. Vincent, Pub. IRL Press, Oxford University Press, Walton Street, Oxford, 1992 und „Handbook of Plastics Test materials", Hrsg. R. P. Brown, Pub. George Godwin Limited, The Builder Group, 1–3 Pemberton Row, Fleet Street, London 1981 beschrieben. Das Testen bezieht Platzieren eines jeden Barren auf 2 Träger und Biegen bis zum Bruch durch Anwenden von Druck von zwei oberen Trägern ein, die durch 85 mm getrennt sind, zentral auf die obere Oberfläche des Barrens. Die beim Biegen angewendete Kraft und die Verschiebung des sich bewegenden Kontakts werden während des Tests aufgezeichnet. Die Geschwindigkeit des Abstiegs des sich bewegenden Trägers betrug 50 mm pro Minute.
Der scheinbare Elastizitätsmodul des Materials wird durch die Gleichung:
angegeben, wo der Gradient der in 1 gezeigte ist, S die Spanne (Entfernung) zwischen den tragenden Kontakten unterhalb des Testbarrens ist, B die Weite des Barrens ist und D die Tiefe des Barrens ist.
Für diese Tests betrug die Spanne (S) 170 mm.
Mit Verweis auf 1 wird die Festigkeit eines Materials unter Dreipunkt-Biegebedingungen angegeben als:
wo σ_u die Biegungsfestigkeit darstellt und F_max für die maximale aufgezeichnete Kraft steht.
Beispiel 2
Verfahren zum Bestimmen, ob ein AFP Eis-Umkristallisation hemmende Eigenschaften besitzt.
Umkristallisation hemmende Eigenschaften können unter Verwendung eines modifizierten „Splat-Tests" (Knight et al., 1988) gemessen werden. 2,5 μl der untersuchten Lösung in 30% (Gew./Gew.) Sucrose werden auf ein sauberes, passend markiertes, 16 mm kreisförmiges Deckglas übertragen. Ein zweites Deckglas wird auf den Tropfen Lösung platziert und das Sandwich wird zwischen Finger und Daumen zusammengepresst. Das Sandwich wird in ein Hexanbad abgesenkt, welches bei –80°C in einem Kasten aus Trockeneis gehalten wird. Wenn alle Sandwiches hergestellt worden sind, werden die Sandwiches aus dem –80°C Hexanbad zur Beobachtungs kammer übertragen, welche Hexan enthält, gehalten bei –6°C unter Verwendung von Zangen, vorgekühlt in Trockeneis. Nach Transfer zu –6°C kann gesehen werden, dass die Sandwiches sich von einer transparenten zu einer undurchsichtigen Erscheinung verändern. Abbildungen werden durch Videokamera aufgezeichnet und von einem Bildanalysesystem (LUCIA, Nikon) unter Verwendung eines 20× Objektivs erfasst. Abbildungen von jedem Splat werden zur Zeit = 0 und wieder nach 60 Minuten aufgezeichnet. Die Größe der Eiskristalle in beiden Tests wird durch Platzieren der Objektträger in einen Temperatur-kontrollierten Kryostat-Schrank (Bright Instrument Co. Ltd., Huntington, UK) verglichen. Abbildungen der Proben werden auf ein Quantimet 520 MC Bildanalysesystem (Leica, Cambridge UK) mittels einer Sony Monochrom CCD Videokamera übertragen. Die Eiskristall-Größenbestimmung wurde durch Handzeichnung um den Eiskristall herum durchgeführt. Die Größe von mindestens 400 Kristallen wurde für jede Probe bestimmt. Die Eiskristallgröße wurde als das längste Ausmaß der 2D-Projektion von jedem Kristall angenommen. Die durchschnittliche Kristallgröße wurde als Zahlenmittel der einzelnen Kristallgrößen bestimmt. Falls die Größe bei 30–60 Minuten ähnlich ist oder nur mäßig (weniger als 10%) erhöht ist im Vergleich zur Größe bei t = 0 und/oder die Kristallgröße weniger als 20 Mikrometer, vorzugsweise von 5 bis 15 Mikrometern beträgt, ist dies ein Anzeichen für gute Eis-Umkristallisation hemmende Eigenschaften.
Beispiel 3
Seitenverhältnis-Messung
Proben wurden bei –18°C in einer Prolan Klimakammer für annähernd 12 Stunden äquilibriert. Mikroskopische Objektträger wurden durch Schmieren einer dünnen Schicht Eiskonfekt vom Zentrum von dünnen Glasplatten hergestellt.
Jeder Objektträger wurde auf einen Temperatur-kontrollierten Mikroskoptisch (bei –18°C) übertragen, wo Abbildungen von Eiskristallen (etwa 400 einzelne Eiskristalle) gesammelt und durch eine Videokamera zu einem Bildlagerungs- und Analysesystem weitergeleitet wurden.
Die gelagerten Eiskristall-Abbildungen wurden manuell durch Zeichnen um ihren Umfang herum hervorgehoben, was dann den gesamten Kristall hervorhebt. Abbildungen der hervorgehobenen Kri stalle wurden dann unter Verwendung der Bildanalyse-Software gemessen, welche die Anzahl an Pixeln zählt, die erforderlich sind, um den längsten Durchmesser (Länge), kürzesten Durchmesser (Breite), das Seitenverhältnis (Länge/Breite) zu vervollständigen.
Das durchschnittliche Seitenverhältnis für die Kristalle wurde errechnet.
Beispiele 4–9, Vergleichsbeispiele A–E.
Eine Wassereislösung mit der folgenden Zusammensetzung wurde wie folgt hergestellt:

Gew.-%

Sucrose 10

Johannisbrot-Gummi 0,25

Hydrolysiertes Milchprotein (Hyfoama DS) 0,1

Typ III AFP 0,0025

Wasser bis 100
Alle Wassereis-Inhaltsstoffe, außer das AFP, wurden in einem Hochschermischer für annähernd 3 Minuten zusammen gemischt, wobei das Wasser bei einer Temperatur von 90°C zugegeben wurde. Die Temperatur des Wassereis betrug nach dem Mischen annähernd 55 bis 60°C. Das AFP wurde annähernd 30 Sekunden vor Ende der Mischzeit zum Mischer zugegeben.
Das Gemisch wurde in einem Plattenwärmetauscher bei 81°C für 25 Sekunden pasteurisiert und dann in dem Plattenwärmetauscher vor der Verwendung auf 5°C gekühlt.
Die Wassereislösung wurde in einem Technohoy MF 75 Kratzwärmetauscher mit offenem Stößel bei der Geschwindigkeit von 0,5 Litern pro Minute gleichzeitig gefroren und belüftet. Das Treibmittel war 100% Kohlendioxid. Wassereis wurde vorgesehen, welches die folgenden unterschiedlichen Überläufe (Volumenanteile von Kohlendioxid) hatte, erreicht durch Verändern der Fließgeschwindigkeit des Treibmittels wie angemessen. Die Verweilzeit im Gefrierapparat betrug 3 Minuten. Das Wassereis wurde bei einer Temperatur von –1,0 bis –3,0°C extrudiert. Das Produkt wurde dann in einem Schockgefrierer bei –35°C für mindestens 1 Stunde gehärtet, bevor es zu einem Kältelager bei –25°C für 3 Tage übertragen wurde.
Beispiel 4 – kein Überlauf (0)
Beispiel 5 – 4% Überlauf (0,03)
Beispiel 6 – 24% Überlauf (0,19)
Beispiel 7 – 39% Überlauf (0,28)
Beispiel 8 – 42% Überlauf (0,3)
Beispiel 9 – 68% Überlauf (0,41).
Der Überlauf ist der erreichte Überlauf nach Lagerung für 4 Tage. Die Zahl in Klammern ist der Volumenanteil an CO₂.
Ferner wurden Vergleichsbeispiele ohne AFP wie folgt hergestellt:
Vergleichsbeispiel A – 0% Überlauf (0)
Vergleichsbeispiel B – 34% Überlauf (0,26)
Vergleichsbeispiel C – 46% Überlauf (0,31)
Vergleichsbeispiel D – 61% Überlauf (0,38)
Vergleichsbeispiel E – 63% Überlauf (0,39).
Der Überlauf ist der erreichte Überlauf nach Lagerung für 4 Tage. Die Zahl in Klammern ist der Volumenanteil an CO₂.
Der scheinbare Elastizitätsmodul und die Biegungsfestigkeit wurden unter Verwendung eines Vierpunkt-Biegeversuchs wie in Beispiel 1 beschrieben bestimmt.
Die Ergebnisse werden in 2 & 3 gezeigt, wo AFP enthaltende Beispiele durch (☐) und die Vergleichsbeispiele, welche kein AFP enthalten, durch (⧫) angezeigt werden.
Vergleichsbeispiele F–K
Beispiele 4–9 wurden wiederholt, außer, dass das Treibmittel Luft war.
Vergleichsbeispiel F – kein Überlauf (0)
Vergleichsbeispiel G – 20% Überlauf (0,167)
Vergleichsbeispiel H – 30% Überlauf (0,23)
Vergleichsbeispiel I – 43% Überlauf (0,3)
Vergleichsbeispiel J – 67% Überlauf (0,4)
Vergleichsbeispiel K – 100% Überlauf (0,5)
Der scheinbare Elastizitätsmodul und die Biegungsfestigkeit wurden unter Verwendung eines Vierpunkt-Biegeversuchs wie in Beispiel 1 beschrieben bestimmt.
Die Ergebnisse wurden mit einer Kontrollprobe verglichen, welche kein AFP enthielt. Die Ergebnisse werden in 4 & 5 gezeigt, wo AFP-Beispiele durch (☐) und Kontrollproben, welche kein AFP enthalten, durch (⧫) angezeigt werden.
Δ Modul, Δ Modul/Anfangsmodul, Δ Festigkeit und Δ Festigkeit/Anfangsfestigkeit wurden errechnet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Beispiel 10
Herstellung eines Wassereis-Produkts, belüftet mit Kohlendioxid, mit neuartigen Esseigenschaften.
Eine Wassereis-Lösung mit der folgenden Zusammensetzung wurde wie folgt hergestellt:

% (Gew./Gew.)

Sucrose 10,0

Glucose 5,0

Johannisbrot-Gummi 0,2

Toffee-Geschmack/Farbstoff 0,5

AFP 0,005

Wasser bis 100
Alle Wassereis-Inhaltsstoffe, außer das AFP, wurden unter Verwendung eines Hochschermischers für annähernd 3 Minuten zusammen gemischt. Das Wasser wurde bei einer Temperatur von 80°C zugegeben. Die Temperatur des Wassereis-Gemisches betrug nach dem Mischen annähernd 55–65°C.
Das Gemisch wurde dann homogenisiert (2000 psi) und durch einen Plattenwärmetauscher bei 81°C für 25 Sekunden für Pasteurisation passiert. Das Gemisch wurde dann vor der Verwendung auf annähernd 4°C in dem Plattenwärmetauscher gekühlt.
Das Wassereisgemisch wurde dann unter Verwendung eines Technohoy MF 75 Kratzwärmetauscher gleichzeitig gefroren und belüftet. Das Treibmittel war 100 Kohlendioxid. Wassereis wurde extrudiert, welches 100 Überlauf bei einer Temperatur von –3,5°C enthielt. Eine rechteckige Edelstahldüse (40 mm × 20 mm Oberflächenbereich am Düsenausgang) wurde verwendet, um Längen von Wassereis zu extrudieren, welche dann in einem Schockgefrierer bei –35°C für 3 Stunden härteten und dann in einem Kältelager bei –25°C gelagert wurden.
15 cm Längen an gehärtetem Produkt wurden abgeschnitten und in geschmolzene Schokolage (bei 45°C) getaucht, um einen mit Schokolade überzogenen Wassereis-Barren herzustellen. Dieser hatte beim Essen eine brüchige, knusprige und poröse Beschaffenheit.

Claims

Wassereis, welches ein Frostschutzprotein, einen Stabilisator und nicht weniger als 0,1 Gew.-% eines auf Protein basierenden Treibmittels umfasst, erhältlich durch ein Verfahren, welches Belüften des Eiskonfekts mit einem Treibgas umfasst, welches mindestens 50 Vol.-% eines wasserlöslichen Gases umfasst, ausgewählt aus Kohlendioxid, Distickstoffoxid und Gemischen daraus.
Wassereis gemäß Anspruch 1, wobei das Treibgas mindestens 70 Vol.-%, vorzugsweise 100 Vol.-% eines wasserlöslichen Gases enthält.
Wassereis gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Wassereis einen Eisgehalt von mindestens 30 Vol.-%, bevorzugter mindestens 40 Vol.-%, insbesondere bevorzugt mindestens 50 Vol.-% hat, wenn bei –18°C gemessen.
Wassereis gemäß Anspruch 1, wobei der Stabilisator in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% vorhanden ist.
Wassereis gemäß Anspruch 1, wobei das Treibmittel in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Gew.-%, vorzugsweise von 0,15 bis 0,4 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 0,15 bis 0,25 Gew.-% vorhanden ist.
Wassereis gemäß Anspruch 1, wobei das Frostschutzprotein in einer Menge von mindestens 0,0005 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,0025 Gew.-% vorhanden ist.
Wassereis gemäß Anspruch 1, wobei das Frostschutzprotein so ausgewählt wird, dass es für den Kristall ein Seitenverhältnis von mehr als 1,9, vorzugsweise von 1,9 bis 3,0, bevorzugter von 2,0 bis 2,9 und insbesondere bevorzugt von 2,1 bis 2,8 ergibt.
Wassereis gemäß Anspruch 1, wobei das Frostschutzprotein Fisch Typ III HPLC 12 ist.
Wassereis gemäß Anspruch 1, worin Δ Modul/Anfangsmodul ≥ 0,4 und/oder Δ Festigkeit/Anfangsfestigkeit ≥ 0,7; mit der Maßgabe, dass, wenn Δ Modul/Anfangsmodul ≤ 6,0, Δ Modul ≥ 90 MPa, und/oder wenn Δ Festigkeit/Anfangsfestigkeit ≤ 2,0, Δ Festigkeit ≥ 0,2 MPa.
Wassereis gemäß Anspruch 9, worin Δ Modul/Anfangsmodul ≥ 1,0; mit der Maßgabe, dass, wenn Δ Modul/Anfangsmodul ≤ 6,0, Δ Modul ≥ 100 MPa.
Wassereis gemäß Anspruch 9, worin Δ Festigkeit/Anfangsfestigkeit ≥ 0,9, vorzugsweise ≥ 1,5.
Verfahren zur Herstellung eines Frostschutzprotein umfassenden Wassereis, welches die Schritte umfasst: (i) Belüftung einer Wassereis-Zusammensetzung mit einem Treibgas, welches mindestens 50 Vol.-% eines wasserlöslichen Gases enthält, ausgewählt aus Kohlendioxid, Distickstoffoxid und Gemischen daraus; (ii) Gefrieren in einem Gefrierapparat, sodass die Verweilzeit im Gefrierapparat 2,5 bis 10 Minuten beträgt; und (iii) Zweistufenhärtung.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Treibgas mindestens 70 Vol.-% eines wasserlöslichen Gases, vorzugsweise 100 Vol.-% enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der Zweistufenhärtungsschritt stattfindet durch: (1) Verringern der Temperatur des Produkts auf unter mindestens –20°C innerhalb von 2 Stunden, gefolgt von (2) Halten des Produkts bei einer Temperatur von –18°C oder darunter, bis sich die Produktdichte stabilisiert.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Verweilzeit im Gefrierapparat 3 bis 9 Minuten beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der Belüftungsschritt (i) entweder innerhalb des für Schritt (ii) verwendeten Gefrierapparats stattfindet, oder innerhalb einer Vorbelüftungsanlage, bevor die Wassereis-Zusammensetzung in den Gefrierapparat eintritt.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der Gefrierapparat ein Eiscreme-Gefrierapparat ist.