DE69514940T2

DE69514940T2 - Bereitung von eiskristall enthaltenden suspensionen in zuckerlösung und verwendung zum susswaren

Info

Publication number: DE69514940T2
Application number: DE69514940T
Authority: DE
Inventors: Robert Cox; Raymond Moore
Original assignee: Unilever PLC; Unilever NV
Current assignee: Unilever PLC; Unilever NV
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2015-12-01
Also published as: PL320508A1; AU707038B2; WO1996016557A2; ES2143083T3; CN1076175C; US5633029A; NO972465L; CN1173116A; EP0804085B1; CA2206254C; MX9703879A; CZ163897A3; DK0804085T3; PT804085E; JP2963542B2; IL116201A; WO1996016557A3; SK67497A3; GR3033281T3; TW322417B

Description

Bereich der Erfindung

Die Herstellung einer Suspension aus Eiskristallen ist ein übliches Stadium bei der Herstellung von Eiszubereitungen wie Wassereis, Granitas, Eiskrem und Slushes. Diese Zubereitungen werden aus einer wässerigen Lösung von Zuckern gebildet, welche optionale Inhaltsstoffe einschließen können, zum Beispiel Geschmacksstoffe, Fette, Milchproteine, Emulgatoren, Gas, Farben oder Frachtfleisch.

Hintergrund der Erfindung:

Es ist wünschenswert in der Lage zu sein, eine Suspension aus Eiskristallen mit einer durchschnittlichen Kristallgröße, welche so klein wie möglich ist, vorzusehen.
Herkömmlicherweise wird die Suspension aus Eiskristallen in einem Kratzwärmetauscher (SSHE) hergestellt. Dieses Verfahren mischt und kühlt die wässerige Lösung aus Zuckern gleichzeitig. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß es ein Temperaturgefälle zwischen der Wand des SSHE und dem Zentrum gibt, somit ist Kristallisation an der Wand des SSHE konzentriert. Dies ergibt eine ungleichmäßige Kristallverteilung.
Ein weiterer Nachteil vom Verwenden eines SSHE, um die Eiskristallsuspension vorzusehen ist, daß ein SSHE ein teurer Ausrüstungsgegenstand ist.
Alternativ kann die Suspension aus Eiskristallen durch ein ruhendes Gefrierverfahren innerhalb beispielsweise einer Lollyform hergestellt werden. Kristallisation findet an den Wänden der Form mit dem Wachstum von großen, sich in das Zentrum des Produkts hin verzweigenden Kristallen statt.
U. S. 3987211 offenbart die Verwendung eines Slush, hergestellt durch Unterkühlen einer wässerigen Lösung aus wasserlöslichen, gemischartigen Produktinhaltsstoffen beim Herstellen besagter Produkte.
Wir sind nun in der Lage gewesen ein einfaches Verfahren zum Herstellen der Suspension aus Eiskristallen zu erfinden, wobei Eiskristalle mit der wünschenswerten kleinen Kristallgröße hergestellt werden. Außerdem erlaubt das Verfahren die Bildung einer großen Anzahl an gleichmäßig verteilten Kristallisationszentren. Das Verfahren umfaßt anfänglich einzelnes Kühlen einer ersten Lösung aus konzentriertem Zucker und einer zweiten Lösung aus Wasser oder einer weniger konzentrierten Zuckerlösung vor dem Mischen der gekühlten Lösungen.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung:

Demgemäß sieht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Suspension, umfassend Eiskristalle in einer Zuckerlösung vor, wobei eine erste Lösung aus konzentriertem Zucker und eine zweite Lösung aus weniger konzentriertem Zucker oder Wasser einzeln auf eine Temperatur von 0,5ºC über der metastabilen Grenztemperatur der jeweiligen Lösung bis 5ºC über dem Schmelzpunkt der jeweiligen Lösung vor dem Mischen gekühlt werden; vorsehend, daß falls eine der oder beide Lösungen auf eine Temperatur von 0,5ºC über der metastabilen Grenztemperatur der Lösung bis unter den Schmelzpunkt der Lösung gekühlt wird, die jeweilige Lösung unterkühlt wird.
Die vorliegende Erfindung sieht ein bequemes Verfahren zum Herstellen einer Suspension, enthaltend eine Anzahl von relativ kleinen Eiskristallen vor. Die Größe der Eiskristalle kann weiter verringert werden, falls mindestens eine der Lösungen vor dem Mischen unterkühlt wird.
Der Begriff "metastabile Grenztemperatur" ist ein in Fachkreisen gut bekannter Begriff. Eine geeignetes Meßverfahren wird in "Crystallization", J. Mullin, Butterworth 1972, S. 178 & 179 & Abb. 6.4 beschrieben.
Die erste Lösung ist eine konzentrierte Zuckerlösung. Diese Lösung wird vorzugsweise eine Konzentration von etwas 45% M/M, bevorzugterweise über etwa 55% haben.
Die zweite Lösung ist entweder Wasser oder eine weniger konzentrierte Zuckerlösung. Vorzugsweise ist die zweite Lösung Wasser, da dies das effizienteste Verfahren zur kommerziellen Verwendung darstellt. Die weniger konzentrierte Zuckerlösung wird vorzugsweise eine Konzentration unter etwa 20% M/M, bevorzugterweise unter etwa 10% haben.
Der Zucker wird üblicherweise Saccharose sein, aber andere Zucker, z. B. Glucose, Dextrose und Fructose können verwendet werden. In einigen Verfahren kann ein Nutzen dadurch entstehen, daß man unterschiedliche Zucker in den zwei Lösungen hat.
Jede Lösung kann kleine Mengen an Geschmacksstoffen, Zitronensäure, Natriumcitrat, Fette, Milchproteine, Emulgatoren, Gas, Fruchtfleisch, Fruchtsaft oder Stabilisatoren enthalten.
Die Verwendung von mehr als zwei Lösungen mit entweder unterschiedlichen oder identischen Zuckerkonzentrationen, wobei jede Lösung einzeln auf eine Temperatur von gerade über der me tastabilen Grenztemperatur der Lösung bis gerade über dem Schmelzpunkt der Lösung vor Mischen gekühlt wird, ist zweifellos möglich und fällt in den Umfang der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, voraussetzend daß mindestens eine Lösung aus konzentriertem Zucker und mindestens eine Lösung aus weniger konzentriertem Zucker oder Wasser besteht.
Typischerweise wird das Verfahren der Erfindung eine Eissuspension, enthaltend von 0,5 bis 10 Gew.-% Eiskristalle in einer Zuckerlösung vorsehen. Diese Eissuspension bildet sich schnell. Der Grad an gebildetem Eis ist zu niedrig für kommerzielle Verwendung als beispielsweise eine Eiskrem oder ein Wassereis. Daher wird ein zweiter Gefrierschritt benötigt, um das Phasenvolumen an Eis in der Suspension zu erhöhen. Dieser zweite Gefrierschritt wird benötigt, um das Phasenvolumen an Eis in der Suspension zu erhöhen. Dieser zweite Gefrierschritt kann gleichzeitig mit dem Mischungsschritt stattfinden. Alternativ kann die Eissuspension gemäß der Erfindung zuerst hergestellt werden und dann in ein geeignetes Gefriersystem eingeführt werden.
Vorteilhafterweise können alle bequemen Mittel zum Mischen der gekühlten Lösungen verwendet werden. Die Verwendung unterschiedlicher Mischverfahren wird die Größe und/oder Form der hergestellten Kristalle modifizieren.
Demgemäß können statische Mischer, welche Flüssigkeitsströme durch eine unbewegliche mechanische Vorrichtung passieren lassen, die so angeordnet ist, daß sie die Ströme zusammenbringt und schnell mischt, verwendet werden. Ein Beispiel ist der Kenics-Mischer. Dieser Weg sieht einen sich ergebenden Strom vor, der die Suspension aus feinen Eiskristallen enthält. Das Verfahren der Erfindung erstreckt sich auch auf Einführen der Ströme in einen Kessel, z. B. eine Form, der gegebenenfalls einen Rührer enthält. Dieser Weg erlaubt es der Suspension, sich in einem Kessel in einem Kühlmittel zu bilden, so daß die Suspension dann ruhend gefroren wird.
Ein alternativer Weg ist es, den Mischungsschritt in einem Kessel durchführen zu lassen, der in der Lage ist, dynamisches Gefrieren vorzusehen, z. B. Kratzwärmetauscher (SSHE) oder einen Hohlraumtransfermischer. Bei diesem Weg wird die Suspension aus Eiskristallen innerhalb der Apparats, der den zweiten Gefrierschritt vorsieht, gebildet.
Demgemäß bildet das Verfahren die große Anzahl an kleinen Kristallen in der Hauptmenge des Wassers und nicht an der Oberfläche eines enthaltenden Kessels.
Nach Herstellen der Suspension als ein Strom kann sie zu einem SSHE geleitet werden, innerhalb dessen das Gefrieren vollendet wird. Durchlüftung kann zu diesem Stadium eingeführt werden.
Eine oder beide der Lösungen können vor dem Mischen unterkühlt werden. Unterkühlen ermöglicht das Bilden besonders kleiner Eiskristalle.
Mit Unterkühlen ist gemeint, daß die Lösung auf eine niedrigere Temperatur gekühlt worden ist, als die Schmelztemperatur für Eis in einer Lösung, ohne Bilden von Eis. Um eine Lösung zu unterkühlen, wird die Lösung langsam gekühlt. Unterkühlen kann durch jede bekannte Technik erzielt werden oder kann durch Kühlen der Lösung in einem System, in welchem die Kühlmitteltemperatur nie unterhalb der metastabilen Grenze der Lösung liegt, bewirkt werden.
Um die gewünschte endgültige Eiszubereitung vorzusehen, z. B. Wassereis, Eiskrem, Granita, Slush, kann die sich ergebende Suspension aus Eiskristallen mit den Bestandteilen der Eiszubereitung gemischt werden. Alternativ und vorzugsweise können die Bestandteile der Eiszubereitung einer oder beiden Lösungen, die verwendet werden um die Anfangseissuspension herzustellen, zugegeben werden. Typischerweise werden die zusätzlichen Bestandteile der Eiszubereitung in dem Wasser oder der weniger konzentrierten Zuckerlösung eingeschlossen. Eine weitere Alternative ist: die Bestandteile der Eiszubereitung können bei dem Mischungsstadium zugegeben werden.

Spezifische Beschreibung der Erfindung:

Es werden nun Beispiele gegeben, um das Verfahren der Erfindung zu veranschaulichen, aber nicht einzuschränken.
Wassereis-Aufschlämmungen wurden durch Mischen zweier Lösungen gebildet.
Ein konzentrierter Saccharose-Strom A (30-62% M/M Saccharose) wurde auf eine Temperatur in dem Bereich 0-4ºC höher als sein Gleichgewichtsschmelzpunkt gekühlt. Dieser wurde mit einem verdünnten Saccharose-Strom B (0-15% M/M Saccharose), welcher auf eine Temperatur in dem Bereich 0-4ºC höher als sein Gleichgewichtsschmelzpunkt gekühlt wurde, gemischt. Jeder der beiden Ströme kann kleine Mengen an Geschmacksstoffen, Zitronensäure, Natriumcitrat, Fruchtsaft oder Stabilisator, z. B. Guar und LBG enthalten. Die beiden Ströme wurden in einem Gewichtsverhältnis zwischen 8 : 1 und 1 : 2 des konzentrierten (A) zum verdünnten Strom (B) gemischt. Der Gesamtfluß betrug 300 kgh&supmin;¹. Dies erzeugte einen gemischten Strom mit einer Anfangstemperatur niedriger als der Gleichgewichtsschmelzpunkt des Stroms und etwas Wasser kristallisierte. Der Strom hatte einen Temperatur im Bereich von -18ºC bis -3,0ºC.
Der verwendete Mischer war ein Kenics statischer Röhrenmischer (erhältlich von Chemineer Ltd, Derby, England), umfassend eine 30 cm lange Röhre mit einem Durchmesser von 2,5 cm. Diese Röhre enthielt 12 gebogene Elemente, die entlang der Röhre parallel zum Flüssigkeitsstrom angeordnet waren, mit alternativen Elementen senkrecht zu den angrenzenden Elementen. Jedes gebogenen Element rotiert den Flüssigkeitsstrom in eine unterschiedliche Richtung.
Ein alternativer Mischer ist der Sulzer-Typ (erhältlich von Sulzer-Chemtech, Winterhur, Schweiz).
Dieses Mischen erzeugte eine physikalische Umgebung, in welcher sich spontan Eiskristalle bildeten. Eine Wassereis-Aufschlämmung wurde gebildet, welche zwischen 0,5% und 15% M/M Eis enthielt. Vier Beispiele wurden durchgeführt und ihre Bedingungen werden in Tabelle I und II angeführt. Die sich ergebenden Eis-Aufschlämmungen hatten errechnete Massenanteile von 1% bis 5%.
Die nach der zweiten Gefrierstufe letztendlich erhaltene Struktur hatte eine weiche Textur und hat sich deutlich von der denditrischen Struktur, die durch ruhendes Gefrieren vorgesehen wird, abgegrenzt. Tabelle I
*errechnet

Tabelle II

Schmelzpunkte der verwendeten Lösungen:

Saccharose (%M/M) ºC
keine 0ºC
15 -1ºC
50 -7,5ºC
55 -9,3ºC
62 -13,8ºC
Diese Aufschlämmung, welche eine Masse an sehr kleinen Eiskristallen umfaßte, wurden dann in einem zweiten Stadium in einem Gebläse-Gefrierapparat oder einem ähnlichen Apparat weiter gefroren, um ein Wassereis mit einer ungewöhnlichen Struktur zu ergeben, welches die große Anzahl an kleinen Kristallen beibehielt. Die sich ergebende Eis-Aufschlämmung wurde einem Gefrieren stromabwärts unterworfen, um ein kommerziell verwendbares Wassereis zu erzeugen. Dieses Gefrierstadium stromabwärts, also nach Mischen, kann ruhend sein, zum Beispiel in Formen, die durch Gefrierzonen passieren, oder mit Bewegung, zum Beispiel in einem Kratzwärmetauscher. Beispiele für Gefrierzonen für ruhendes Gefrieren sind Kochsalzbäder, in die Formen plaziert werden und Gefriertunnel, die sehr kalte Gase verwenden. Das genaue Gefriersystem wird von der Struktur und Form, die in dem Endprodukt gewünscht wird, abhängig sein.
Ein zu dem obigen identisches Verfahren wurde verwendet, um belüftetes Wassereis herzustellen. Entweder der konzentrierte, oder der verdünnte Strom wurde mit Luft (oder jedem geeigneten Gas) vor dem Mischungsschritt belüftet. Kleine Luftblasen wurden überall in der Suspension verteilt und wurden in dem gefrorenen Produkt eingeschlossen.
Das Verfahren ist besonders für die Bildung von Wassereis anwendbar, aber kann auch bei der Herstellung von anderen Nahrungsmitteln, in denen Eis ein Bestandteil ist, verwendet werden. Demgemäß kann das Verfahren bei der Herstellung von Eiskrem verwendet werden.

Beispiel V

Eine Wassereis-Aufschlämmung wurde durch Mischen zweier Lösungen gebildet.
Ein konzentrierter Saccharose-Strom A (62 Gew.-%) wurde auf -10,9ºC gekühlt. Dieser wurde mit Wasser mit zusätzlich 1,4 Gew.-% Zitronensäure, 0,7 Gew.-% Natriumcitrat, 0,3 Gew.-% Zitronengeschmack, welches auf 0,3ºC gekühlt worden war, gemischt. Die beiden Ströme wurden in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 gemischt. Der Gesamtfluß betrug 3,3 kg/min. Der verwendete Mischer war ein 12-Element-Kenics-Mischer. Eiskristalle wurden in dem Austrittstrom beobachtet, welcher eine Temperatur von -2,1ºC hatte.

Beispiel VI

Eine Wassereislösung wurde durch Mischen zweier Lösungen gebildet.
0,45 kg von 55 Gew.-% Saccharoselösung (Schmelzpunkt - 9,2ºC) wurden auf -7,5ºC gekühlt. Diese wurde mit 0,5 kg Wasser, welches auf -1,7ºC unterkühlt worden war, gemischt. Mischen wurde unter Verwendung einer Rushton-Turbine, rotierend bei 200 U/min erzielt. Es wurde beobachtet, daß sich Eiskristalle fast sofort in dem Gemisch bildeten.

Beispiel VII

Saccharoselösung (60 Gew.-%) bei -12,8ºC wurde mit Wasser bei 0,1ºC in einem Gewichtsverhältnis von 3 : 2 in einem Rushton- Turbinenmischer bei 240 U/min gemischt, um Strom A, enthaltend eine Aufschlämmung aus Eiskristallen zu bilden.

Strom B war eine Zusammensetzung, enthalten nach Gewicht:

Wasser 53,8%
Magermilchpulver 25,0%
Butterfett 20,0%
Johannisbrot-Gummi 0,4%
Emulgator 0,8%
welches pasteurisiert und homogenisiert wurde. Ströme A und B (bei -2,6ºC) wurden in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 gemischt und der sich ergebende Strom wurde gleichzeitig mit zugegebenem Stickstoff belüftet und geschoren, um ein steifes Produkt zu ergeben. Diese Produkt wurde dann ruhend auf -16ºC gehärtet, um eine Eiskremzubereitung zu ergeben.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Suspension, umfassend Eiskristalle in einer Zuckerlösung, wobei eine erste Lösung aus konzentriertem Zucker und eine zweite Lösung aus weniger konzentriertem Zucker oder Wasser einzeln auf eine Temperatur von 0,5ºC über der metastabilen Grenztemperatur der jeweiligen Lösung bis 5ºC über dem Schmelzpunkt der jeweiligen Lösung vor dem Mischen gekühlt werden; vorsehend, daß falls eine der oder beide Lösungen auf eine Temperatur von 0,5ºC über der metastabilen Grenztemperatur der jeweiligen Lösung bis unter den Schmelzpunkt der jeweiligen Lösung gekühlt wird, die jeweilige Lösung unterkühlt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die erste Lösung eine konzentrierte Zuckerlösung mit einer Zuckerkonzentration über 45% M/M, vorzugsweise über etwa 55% M/M ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Lösung Wasser oder eine weniger konzentrierte Zuckerlösung mit einer Zuckerkonzentration unter etwa 20% M/M, vorzugsweise unter 10% M/M ist.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Lösung Wasser ist.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Lösung eine Temperatur von 0,5ºC über der metastabilen Grenztemperatur der Lösung bis unter den Schmelzpunkt der Lösung hat.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl die erste als auch die zweite Lösung eine Temperatur von 0,5ºC über der metastabilen Grenztemperatur der jeweiligen Lösung bis unter den Schmelzpunkt der jeweiligen Lösung hat.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine Lösung eine Temperatur bei oder bis zu 5ºC über ihrem Schmelzpunkt hat.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sowohl die erste als auch die zweite Lösung eine Temperatur bei oder bis zu 5ºC über ihrem jeweiligen Schmelzpunkt aufweist.

9. Verfahren zum Herstellen eines Produkts, enthaltend eine Eissuspension, wobei die Suspension aus einem der vorhergehenden Ansprüche einem Gefrierschritt gleichzeitig mit dem Mischungsschritt unterworfen wird.

10. Verfahren zum Herstellen eines Produkts, enthaltend eine Eissuspension, wobei die Suspension aus einem der Ansprüche 1 bis 8 nach Mischen einem Gefrierschritt unterworfen wird.