ES2628357T3 - Aditivo de alimentos y bebidas - Google Patents

Abstract

Un método para la fabricación de partículas de gel comestibles que tienen un diámetro medio máximo de 0,1 a 20 μm, comprendiendo el método: mezclar a alta cizalladura una solución que comprende un alginato, mientras se añade una fuente de iones calcio a la solución, en el que la fuente de iones calcio comprende carbonato de calcio, y en el que la solución y/o la fuente de iones calcio comprende una fuente de protones liberados lentamente.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Aditivo de alimentos y bebidas

La presente divulgacion se refiere a un aditivo para su inclusion en composiciones de alimentos y bebidas. En particular, la divulgacion se refiere a parriculas de gel comestibles que pueden usarse para proporcionar una sensacion en boca unica o para actuar como un sustituto de grasa. Las parriculas de gel que se describen en el presente documento son especialmente adecuadas para proporcionar bebidas de lujo con una textura espesa y cremosa, mientras que al mismo tiempo se evita la necesidad de incluir altos niveles de grasa en la composicion de la bebida.

Existe un gran interes entre los consumidores en preparar bebidas en el ambito domestico que imiten aquellas que se elaboran en cafeterias y restaurantes. Sin embargo, en los ultimos anos el consumidor se ha vuelto mas preocupado por su salud y existe, por tanto, el deseo de evitar ingredientes con gran cantidad de calorias y grasas en las que se basan las cafeterias para elaborar bebidas de lujo. Asf ocurre especialmente cuando se consideran maquinas de preparacion de bebidas caseras que pueden usarse a diario, en lugar de bebidas que se consumen de forma ocasional en cafeterias.

Pueden usarse sistemas de bebidas a peticion para elaborar bebidas en el hogar. Estas se basan ripicamente en el uso de cartuchos, que se pueden insertar en la maquina que incluyen los ingredientes para una unica bebida. Se introduce agua caliente dentro del cartucho para reconstituir y descargar una bebida dentro de un recipiente. Las bebidas de lujo que pueden elaborarse en estas maquinas quedan limitadas ripicamente a chocolate caliente, cappuccino y bebidas con leche, que pueden espesarse mediante la introduccion de aire atrapado o el uso de ingredientes tales como solidos lacteos.

Tambien se conoce la introduccion de espesantes en cartuchos adecuados para su uso en maquinas de preparacion de bebidas. El documento EP2233051, por ejemplo, desvela el uso de espesantes, entre los que se incluyen espesantes gelificantes reversibles termicamente, tal como la metilcelulosa. El documento EP2233051 tambien desvela el uso de alginatos en combinacion con iones calcio que pueden incluirse en la composicion de la bebida. El uso de espesantes de acuerdo con el documento EP2233051 es proporcionar una bebida final mas espesa. Es decir, la adicion de agua a los ingredientes en el cartucho de la bebida inicia una reaccion que se completa en el recipiente de la bebida. Por consiguiente, la bebida final tiene una red de gel interna que proporciona una bebida espesada unica. Sin embargo, el uso de estos espesantes puede dar lugar a una bebida excesivamente espesada y las composiciones que comprenden estos espesantes presentan dificultades para la pasteurizacion. Una restriccion adicional es que es importante conseguir una textura mejorada en la taza, en lugar de en la capsula, ya que el extremado espesor en la capsula hara que la elaboracion/fermentacion de la bebida sea ineficaz, dando como resultado bebidas aguadas que les falta solidos y sensacion en boca.

El documento WO 89/12403 desvela un sustituto de nata a base de alginato para su adicion a productos alimentarios, dicho sustituto comprende microparriculas de alginato de calcio obtenidas a partir de una solucion de alginato de sodio y cloruro de calcio sometida a una operacion de mezclado de alta cizalladura.

El documento WO 03/096976 desvela un aditivo de bebidas que comprende microparriculas de alginato de calcio MCC secadas por pulverizacion que se han obtenido a partir de una solucion que comprende alginato de sodio y cloruro de calcio sometida a altas fuerzas de cizalladura.

En particular, cuando se usan ingredientes funcionales en cartuchos de bebidas, especialmente con ingredientes de bebida lfquidos, a menudo solo cumplen su funcionalidad (tal como textura/gelificacion aumentada o sensacion en boca mejorada) una vez se han hidratado o calentado completamente. Esto restringe habitualmente el numero y tipo de ingredientes funcionales que pueden incluirse dentro de la capsula/cartucho debido a las limitaciones en el procesado (por ejemplo, en pasteurizacion encapsulada). Esto, combinado con la adicion de agua durante la elaboracion de bebidas, da como resultado en una falta de sensacion en boca.

Por consiguiente, es deseable proporcionar un aditivo de alimento o bebida mejorado y/o solucionar al menos parte de los problemas asociados con la tecnica anterior o, al menos, proporcionar una alternativa util en el mercado a la misma.

Por consiguiente, en un primer aspecto de la presente divulgacion se proporciona un metodo para la fabricacion de parriculas de gel comestibles que tienen un diametro medio maximo de 0,1 a 20 pm, comprendiendo el metodo:

mezclar a alta cizalladura una solucion que comprende un alginato, mientras se anade una fuente de iones calcio a la solucion, en la que la fuente de iones calcio comprende carbonato de calcio, y en la que la solucion y/o fuente de iones calcio comprende una fuente de protones liberados lentamente.

La presente invencion se describira a continuacion en mas detalle. En los siguientes pasajes se definen en mas detalle distintos aspectos de la invencion. Cada aspecto definido puede combinarse con cualquier otro aspecto o aspectos a menos de que se indique lo contrario. En particular, cualquier caracteristica indicada como preferente o

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

ventajosa puede combinarse con cualquier otra caractenstica o caractensticas indicada como preferente o ventajosa.

Los inventores han descubierto una alternativa a los espesantes elaborados in situ de la tecnica anterior. En particular, los inventores han encontrado que es posible fabricar pequenas partfculas de gel (o "perlas") que pueden proporcionarse como un aditivo en alimentos o bebidas. Por comestible, por supuesto, se entiende que las partfculas son aptas para ser comidas.

Los inventores han encontrado que estas partfculas tienen un efecto sorprendente en la sensacion en boca de composiciones de alimentos y bebidas. En entornos cambiantes, en particular, las partfculas se comportan como geles fluidos y estos proporcionan propiedades organolepticas texturales mejoradas. Sin embargo, puesto que las partfculas estan pregelificadas, no forman la estructura gelatinosa prolongada que debena obtenerse con sistemas gelificantes in situ. En cambio, las partfculas imitan mejor las partfculas de grasa presentes en la mayona de bebidas cremosas de lujo, sin aumentar el contenido calorico del mismo modo.

Es decir, los inventores han encontrado que se puede conseguir un efecto similar (pero sensacion en boca distinta) usando agentes espesantes/gelificantes tradicionales en forma de estructuras pregelificadas que se comportan como fluidos. Esto evita una cantidad de desventajas asociadas con el uso de espesante tradicional.

Los inventores han encontrado adicionalmente que la clave para estas partfculas radica en su estabilidad termica. Esta estabilidad es producto de la fabricacion de las partfculas de acuerdo con el metodo desvelado en el presente documento. Se apreciara que las partfculas finas de gel se pudieran simplemente producir dividiendo finamente una estructura de gel expandida. Sin embargo, los inventores encontraron que tales partfculas no tienen la estabilidad termica conseguida con el presente metodo. Sin desear quedar ligados a teona alguna, se especula que la naturaleza instantanea del mezclado experimentado por los ingredientes causa la formacion de partfculas de gel mas firmemente unidas que son menos propensas a descomponerse. Por el contrario, parece que los geles finamente cortados han roto cadenas y es mas facil que se descompongan con la calefaccion.

Por consiguiente, el metodo proporciona la fabricacion de partfculas de gel. Los geles se conocen bien en la tecnica y, en particular, los geles de alginato formados con iones calcio se conocen bien en la tecnica para una amplia variedad de aplicaciones.

Las partfculas de gel tienen un diametro medio maximo de 0,1 a 20 pm. Este diametro puede medirse facilmente con metodos opticos. No se pudieron usar tecnicas de dispersion lummica para medir el tamano de las partfculas de gel fluido debido a que su mdice refractivo es muy similar al del medio de suspension (agua). Por esta razon el tamano de las partfculas se determino mediante examen microscopico usando un microscopio optico (Brunel Microscopes Ltd SP300F, Reino Unido) equipado con una camara (Canon EOS 1000D, Japon). Se empleo luz polarizada para aumentar el contraste, permitiendo que el diametro promedio de los tamanos de partfcula de microgel se midiera (sobre un total de 50) en pfxeles usando software ImageJ. A continuacion, los pfxeles se convirtieron en mm usando un factor de conversion obtenido previamente mediante calibracion usando un gratfculo de longitud conocido.

Preferentemente las partfculas de gel tienen un diametro medio maximo de 1 a 10 pm, mas preferentemente de 3 a 8 pm. Se ha encontrado que estas pequenas partfculas proporcionan un equilibrio entre ser de un tamano suficiente para que sean discernibles en una bebida final, al mismo tiempo que son lo suficientemente estables termicamente. Partfculas mas grandes tienen una estabilidad reducida, mientras que partfculas mas pequenas no contribuyen suficientemente a la sensacion en boca del producto final.

Preferentemente, la distribucion de tamano de partfcula de las partfculas de gel es estrecha. La distribucion de tamano de partfcula puede caracterizarse por los valores del D50, el D10 y el D90. Estos parametros se conocen bien en la tecnica y especialmente para tamanos de molido de cafe. El D90 es el valor para el cual solo el 10 % por volumen de las partfculas tienen un mayor tamano. Preferentemente, las partfculas de gel tienen un D90 de como maximo 50 pm, mas preferentemente como maximo 20 pm y mas preferentemente como maximo 15 pm. Preferentemente, las partfculas de gel tienen un D10 de al menos 0,1 pm, mas preferentemente al menos 0,5 pm.

A pesar del pequeno tamano de partfcula de las partfculas de gel, hay un efecto significativo en la sensacion en boca cuando se consumen en una bebida se especula que la textura o percepcion oral de hidrocoloides para alimentos esta relacionada con su comportamiento reologico de capa fina asf como a sus propiedades en masa.

El metodo comprende la etapa de mezclado de alta cizalladura. El mezclado de alta cizalladura es un termino en la tecnica y habitualmente se encuentran disponibles mezcladoras de alta cizalladura ilustrativas. Tales mezcladoras estan indicadas para asegurar que hay al menos regiones dentro de la mezcladora en las que la fuerza de cizalladura ejercida sobre la composicion a mezclar es extremadamente alta. La mezcladora de alta cizalladura preferente es un agitador de varilla, que se analiza en mas detalle a continuacion.

Los ingredientes para formar las partfculas son una solucion que comprende un alginato y una fuente de iones calcio a la solucion. Los iones calcio se anaden dentro de la mezcladora de alta cizalladura. Los inventores encontraron

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

que sin esto, la mezcladora no consegma un producto con la misma estabilidad termica. Es decir, pareda que sin la adicion de alta cizalladura del calcio, la mezcladora estaba simplemente rompiendo el material pregelificado y el producto era propenso a la descomposicion termica.

Preferentemente la solucion es una solucion acuosa y comprende un alginato en una cantidad del 0,1 al 10 % p/p, mas preferentemente en el intervalo de desde el 0,2-5 % y mas preferentemente desde el 0,5 al 3 %. Los inventores han encontrado que la concentracion de alginato puede tener un efecto sobre el tamano de partfcula de las partfculas de gel finales. Se especula que concentraciones mas altas dan lugar a la produccion de partfculas mas pequenas con las condiciones de alta cizalladura, ya que estas pueden formarse mas rapidamente con el contenido de alginato mayor. A modo de ejemplo, los tamanos de partfcula que pueden obtenerse se exponen en la tabla a continuacion.

Tabla 1

Concentracion de alginato [p/p %]

Diametro de partfcula (D-i,0) [Hm]

1

9,5 ± 2

2

8.7 ±3

3

3,8 ± 4

4

3,4 ± 4

Preferentemente el alginato comprende alginato extrafdo a partir de un alga parda. El termino "alginato" se conoce muy bien en la tecnica. Los alginatos comerciales suelen derivarse de una variedad de fuentes de algas ya que estas son las fuentes mas rentables. Distintas algas producen alginatos de distinta composicion monomerica y estructura de bloque y, por tanto, la reactividad calcica de un alginato puede depender de su fuente. En particular, los alginatos pueden comprender un copolfmero lineal que comprende unidades monomericas de acido D- manuronico y acido L-guluronico. Estos monomeros pueden producirse en la molecula de alginato como bloques de unidades de monomero individuales (bloques M o bloques G), o como regiones en las que los monomeros se aproximan a una secuencia alternada. Los alginatos pueden denominarse como "M alto" o "G alto", dependiendo de las proporciones de acido manuronico y acido guluronico que contengan. Un ejemplo de alginato M alto es el obtenido a partir de sargazo gigante, Macrocystis pyrifera, proveniente de la costa de California. Se piensa que un mecanismo para espesar los alginatos es el alineamiento de dos regiones de bloques G deformadas que dan como resultado un agujero con forma de diamante que tiene unas dimensiones ideales para el anclaje cooperativo de iones divalentes, tales como iones calcio. En la presente invencion, pueden usarse alginatos de M alto (por ejemplo, los que tienen un contenido de M como proporcion del numero total de unidades M y G de mas del 50 %) debido a sus caractensticas de espesado controlables.

El alginato puede ser un alginato soluble y, como tal, es preferentemente soluble en agua a 20 °C. Como tal, el alginato preferentemente se disuelve completamente en agua a 20 °C. Se conocen muy bien en la tecnica ejemplos de alginatos solubles. Entre los que se incluye sodio; potasio y alginato de amoniaco. En teona, puede usarse cualquier ion monovalente para proporcionar el alginato, tal como cualquier grupo de un metal. Un alginato particularmente preferente es el alginato de sodio, el cual los inventores han encontrado particularmente versatil en sus propiedades y en su fiabilidad de espesado.

La fuente de ion de calcio preferente tiene una concentracion de ion de calcio del 0,1 al 2 % p/p, mas preferentemente sobre el 0,5 %.

La fuente de iones calcio comprende carbonato de calcio. Mientras que este es menos soluble que, por ejemplo, el cloruro de calcio, el uso de carbonato de calcio permite adicionalmente una liberacion lenta del calcio dentro del sistema de mezclado. Esto significa que hay una mayor probabilidad de que las partfculas de gel se formen en las regiones de alta cizalladura de la mezcladora. Como resultado, las partfculas se han formado mas firmemente y tienen una mayor estabilidad termica.

La solucion y/o fuente de iones calcio comprende una fuente de protones liberados lentamente, preferentemente glucono-8-lactona. Esta fuente de liberacion lenta de protones provoca la descomposicion del carbonato de calcio in situ, liberando los iones calcio para la reaccion con el alginato.

Preferentemente, el mezclado de alta cizalladura se lleva a cambo en un agitador de varilla. Los agitadores de varilla son muy eficaces en mezclar y asegurar las regiones de la alta cizalladura. Preferentemente el mezclado de alta cizalladura se lleva a cabo por un tiempo de residencia promedio de 5 a 15 minutos y/o a una velocidad de mezclado rotacional de 1000 a 2000 RPM. Estas condiciones son adecuadas para la formacion de las partfculas de gel pequenas requeridas. Velocidades mas lentas o tiempos de residencia mas cortos tienden a promover la formacion de partfculas mas grandes.

Preferentemente la velocidad de cizalladura aplicada sobre la solucion que comprende un alginato es de 100s-1 o mas. Preferentemente la velocidad de cizalladura aplicada sobre la solucion que comprende un alginato es de 200s-1

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

a 800s-1. La cizalladura puede medirse con un reometro con geometna de alabe, como se analiza a continuacion.

Preferentemente, el metodo comprende adicionalmente una etapa de tratamiento termico de las partreulas a una temperature de 80-130 °C. Es decir, las partfculas pueden someterse a tratamiento termico, por ejemplo; pasteurizacion, para garantizar que son seguras en los alimentos. Este tratamiento termico puede llevarse a cabo en presencia de otros ingredientes alimenticios e incluso en un envase sellado, tal como un cartucho de bebida. Se conocen muy bien en la tecnica las tecnicas de pasteurizacion y dependera del producto final deseado y el envase empleado.

Preferentemente la fuente de iones calcio se anade mediante inyeccion dentro de la region de alta cizalladura de la solucion mezclada con alta cizalladura. La inyeccion de los iones permite un control mas preciso de la cantidad de calcio anadido y puede controlarse la relacion relativa del calcio y el alginato. Preferentemente los iones calcio se anaden en una relacion en peso al alginato de 1:20 a 1:1, mas preferentemente desde 1:10 a 1:2 y mas preferentemente desde 1:3 a 1:6. Ademas, la inyeccion dentro de una region de alta cizalladura asegura que el alginato y los iones calcio estan sometidos al mezclado de alta cizalladura cuando se anaden.

Preferentemente, el metodo comprende adicionalmente el secado por pulverizacion de las partfculas de gel. La accion de secar por pulverizacion las partreulas de gel permite el uso de las partreulas en formulaciones secas y composiciones alimentarias. De forma sorprendente, y posiblemente como resultado de la estabilidad general de las partfculas, se ha encontrado que el gel retiene sus propiedades cuando se reconstituye bien en agua u otro consumo.

Como se ha analizado anteriormente, las partfculas de gel son generalmente estables, incluso a temperaturas elevadas. Preferentemente, las partreulas de gel son estables durante al menos 1 minuto a una temperatura de 80 °C. Es decir, no pierden su forma o propiedades de flujo de fluido. Preferentemente, las partfculas de gel son estables durante al menos 1 minuto, preferentemente 5 minutos y mas preferentemente al menos 10 minutos, especialmente en un entorno acuoso, a una temperatura de 80 °C, preferentemente 90 °C y mas preferentemente, incluso a 100 °C.

Un metodo alternativo para medir la estabilidad de las partfculas es medir la viscosidad de cizalladura de las partreulas antes y despues del tratamiento termico. Es preferente que tras menos de 1 minuto a una temperatura de 80 °C la viscosidad de cizalladura de las partfculas de gel (medidas entre 0,1s-1 y 50s-1) no cambie por mas de un 20 %.

De acuerdo con un segundo aspecto se proporciona una composicion que comprende partreulas de gel que tienen un diametro medio maximo de 0,1 a 20 pm, que se puede obtener mediante el metodo que se desvela en el presente documento. Como se apreciara, los parametros y caractensticas desvelados en relacion con el metodo se aplicaran por igual al producto del segundo aspecto.

En particular, se proporciona una composicion de alimento, preferentemente que comprende bizcocho y/o chocolate. Las partreulas de gel pueden incluirse en estas composiciones como sustituto de grasa. Otras posibles aplicaciones incluyen margarina para untar, quesos para untar, mayonesas y similares. Los inventores han encontrado adicionalmente que las partfculas de gel sirven para aumentar una sensacion de saciedad y suprimir el apetito. Por tanto, resultan un suplemento dietetico excelente ya que evitan grasas, proporcionan un alimento de lujo y evitan que vuelva el hambre pronto.

Como alternativa, se proporciona una composicion de bebida y que comprende adicionalmente un componente aromatizante. Entre las bebidas que se elaboran de este modo se incluyen, aunque no de forma limitativa, cafe, te y chocolate caliente. Debe destacarse que los terminos "fermentado" y "diluido" se usan indistintamente en el presente documento para referirse ambos a la fermentacion de, por ejemplo, cafe y te y a la dilucion de, por ejemplo, un concentrado de chocolate.

La composicion de bebida es preferentemente para una bebida de cafe, leche o chocolate.

Los inventores han reconocido que algunas bebidas pueden beneficiarse de tener un espesor unido a ellas. Por ejemplo, algunos cafes aromatizados pueden beneficiarse de la adicion de espesantes a la bebida. Entre los ejemplos de aromas anadidos al cafe se incluyen, aunque no de forma limitativa, cacao (incluyendo chocolate), vainilla, alcohol (incluyendo aroma a licor), caramelo, menta, leche, hierbas, especias (incluyendo canela), frutos secos y/o frutas del bosque.

La composicion de bebida esta preferentemente en forma lfquida. "Forma lfquida" se refiere a una composicion que contiene uno o mas ingredientes que es lfquido a temperatura ambiente (por ejemplo, temperatura ambiente, tal como 20 °C). El ingrediente lfquido contenido en el concentrado de bebida puede, por ejemplo, comprender agua, de forma alterna o adicional, el ingrediente lfquido puede, por ejemplo, comprender jarabe de mafz (por ejemplo, jarabe de glucosa y/o otros jarabes que contienen mono- o di- polisacaridos. Un ejemplo de un ingrediente lfquido que se usa para la elaboracion de una bebida a base de chocolate es chocolate lfquido, tal como el chocolate lfquido

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

descrito en el documento EP 1440910, que se ha incorporado por referencia en su totalidad en el presente documento.

Las partfculas de gel se incluyen preferentemente en la composicion de alimentos o bebidas en una cantidad del 0,1 al 50 %, preferentemente, desde del 5 al 25 % en peso de la composicion. Las partfculas mismas tienen muy poca contribucion aromatica a la composicion. Por consiguiente, preferentemente no forman el grueso de la composicion. Sin embargo, deben incluirse las suficientes partfculas para tener un efecto discernible en la sensacion en boca. Estos porcentajes de peso se facilitan como un porcentaje del peso total de, por ejemplo, el concentrado de bebida, es decir, como porcentaje del peso combinado de los ingredientes lfquidos y solidos, no la bebida final.

De acuerdo con un tercer aspecto, se proporciona el uso de la composicion desvelada en el presente documento en un alimento o bebida, o un ingrediente alimenticio o un ingrediente de bebidas, como un sustituto de grasa, un potenciador de sensacion en boca y/o un supresor del apetito. Estos beneficios tecnicos se analizan anteriormente para las diversas aplicaciones.

En particular, el uso es para un alimento o bebida, ingrediente alimenticio o un ingrediente de bebidas, a pasteurizar. Este uso tiene particular importancia, ya que otras aplicaciones de espesantes no han producido formulaciones espesantes pasteurizables.

De acuerdo con un cuarto aspecto se proporciona un cartucho de bebida sellado que se puede insertar en una maquina que contiene la composicion que se describe en el presente documento, en particular, una composicion de bebida, y en particular una composicion de bebida lfquida:

los cartuchos para su uso en sistemas dispensadores de bebidas comprenden habitualmente una o mas camaras que contienen concentrado de bebida. Los cartuchos son preferentemente cartuchos individuales. Se entendera que por el termino "cartucho" como se usa en el presente documento se refiere a cualquier embalaje, envase, sobrecito, recipiente o dispositivo de fermentacion o dilucion que contiene un concentrado de bebida como se describe en el presente documento. El cartucho puede ser ngido, seminigido o flexible. Los cartuchos pueden estar formados de materiales sustancialmente hermeticos al aire y al agua. Para permitir que la bebida fermente y/o diluya dentro de los cartuchos, los cartuchos pueden comprender una entrada para la introduccion de un medio acuoso dentro del cartucho, una salida aguas abajo de la entrada para la descarga de una bebida a partir del cartucho y una trayectoria de flujo que conecta la entrada a la salida. Proporcionando el concentrado de bebida dentro de la trayectoria de flujo que conecta la entrada y la salida del cartucho, por ejemplo, dentro de una camara, los cartuchos proporcionan convenientemente un medio integrado para mezclar el concentrado de bebida con un fluido acuoso.

De acuerdo con un quinto aspecto se proporciona un sistema de preparacion de bebidas que comprende el cartucho de bebida desvelado en el presente documento y medios para pasar un medio acuoso a traves del cartucho para elaborar una bebida.

El dispensador de bebidas usado en este aspecto de la presente invencion puede comprender un alojamiento que contiene un calentador de agua, una bomba de agua, opcionalmente un compresor de aire, un procesador de control, una interfaz de usuario y un cabezal. El cabezal puede comprender un soporte para sostener, en uso, el cartucho. La maquina de preparacion de bebidas tambien puede estar provista de un deposito de agua. El alojamiento del dispensador de bebidas puede comprender una estacion de dispensacion en la que la tiene lugar la dispensacion de la bebida. La estacion de dispensacion puede comprender un soporte de recipiente que tiene un interior hueco que forma una bandeja de goteo.

El cabezal del dispensador de bebidas puede ubicarse hacia la parte superior del alojamiento encima del soporte del recipiente. El soporte del cabezal puede estar moldeado para recibir el cartucho del primer aspecto y para sostener el cartucho en la orientacion correcta de forma que el agua puede pasar a traves del cartucho. El soporte y cabezal pueden estar provistos de medios de sellado para sellar alrededor de una periferia del cartucho para evitar la derivacion del flujo de agua en uso. El cabezal puede estar disenado para dirigir el flujo de agua de forma descendiente a traves del cartucho de forma que la bebida sale del cartucho a traves de la superficie inferior del cartucho. Como alternativa, el cabezal puede estar disenado para dirigir el flujo de agua de forma ascendiente a traves del cartucho de forma que la bebida sale inicialmente del cartucho a traves de la superficie superior del cartucho antes de dirigirse por ultimo aguas abajo del recipiente.

El sistema puede estar provisto adicionalmente de medios para mezclar el concentrado de bebida con un medio acuoso para formar la bebida bien en el cartucho mismo o bien en cualquier otro lugar en el sistema de preparacion de bebidas. El medio acuoso puede ser habitualmente un fluido o lfquido tal como agua o leche.

Un ejemplo de dispensador de bebidas que puede usarse en la presente invencion es el descrito en el documento PCT/GB2005/004113.

El cartucho y el sistema dispensador de bebidas pueden configurarse de tal modo que el concentrado de bebida se mezcla con el medio acuoso dentro del cartucho; de forma alterna (o adicional), el mezclado con un medio acuoso

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

puede tener lugar fuera del cartucho dentro del dispensador de bebida mismo. En cualquier caso, el sistema dispensador de bebidas comprende una salida aguas abajo de la(s) camara(s) que contiene el concentrado de bebida para la descarga de una bebida y una trayectoria de flujo que conecta la(s) camara(s) de concentrado a la salida.

De acuerdo con un sexto aspecto se proporciona un metodo para la preparacion de una bebida, comprendiendo el metodo mezclar la composicion de bebida desvelada en el presente documento con un medio acuoso.

Como se apreciara, el metodo del sexto aspecto puede aplicarse al sistema de preparacion de bebidas del quinto aspecto para preparar una bebida.

El medio acuoso es generalmente agua, pero puede ser otro medio acuoso tal como leche. El medio acuso se anade preferentemente a la composicion caliente. Es decir, a una temperatura de 50 °C a aproximadamente 100 °C, por ejemplo desde aproximadamente 70 °C a aproximadamente 95 °C, tal como aproximadamente 85 °C.

Preferentemente, cuando se prepara una bebida de acuerdo con el metodo del sexto aspecto, la relacion de dilucion para los ingredientes y el medio de bebida acuoso se encuentra preferentemente en el intervalo de 1:1 a 1:10, mas preferentemente de 1:2 a 1:5.

Ahora se describira la invencion en relacion con las siguientes figuras no limitativas, en las que:

La figura 1 muestra un esquema y una seccion transversal de un agitador de varilla adaptado para su uso en el metodo desvelado en el presente documento:

La figura 2 muestra los diversos componentes de aparato para emplear el metodo desvelado en el presente documento.

La figura 3A muestra un envase tfpico 21 para sostener una composicion como se describe en el presente documento, tal como podna usarse la distribucion de un producto de bebida de chocolate. La figura 3B muestra un cartucho 22 adecuado para sostener una composicion de bebida y para su uso en una maquina de produccion de bebidas 23. La figura 3C muestra una maquina de produccion de bebidas 23 adecuada para su uso con el cartucho 22 que se muestra en la figura 3B.

La figura 4 muestra un diagrama de flujo de las etapas del metodo desvelado en el presente documento. En particular, el diagrama muestra el mezclado (M) del alginato 75 y los iones calcio 95 para producir partfculas de gel 115.

La figura 5 muestra un grafico de tension de cizalladura (Pa) sobre el eje contra la velocidad de cizalladura (s-1) sobre el eje x. Esto demuestra la persistencia del lfmite elastico del gel fluido despues de un ciclo de descanso de cizalladura. Estos resultados indican que una reactividad entre partfculas significativa, probablemente mediada por interacciones de Ca+2, persistio despues del procesamiento y despues de que se hubiese establecido el gel.

La figura 6 muestra un grafico de G', G" (Pa) sobre el eje contra la frecuencia (Hz1) sobre el eje x. Esto muestra la dependencia de frecuencia de G' (abierto) y G'' (cerrado) de alginato FG para concentraciones de polfmero del 1 % p/p (cfrculo), 2 % p/p (piramide), 3 % p/p (piramide inversa), 4 % p/p (cuadrado). El lfmite elastico aparente (oy) aumento al aumentar tanto el volumen de partfculas como la rigidez de partfculas y disminuyendo el tamano de partfcula, de forma similar al aumento de G' con las mismas condiciones.

El dispositivo de mezclado preferente es un agitador de varilla. Se muestra un esquema de un agitador de varilla ilustrativo 1 en la figura 1. El agitador de varilla 1 incluye una camara de procesamiento 5 para sostener el lfquido o materiales a mezclar. La camara de procesamiento 5 tiene una forma cilmdrica alargada (por ejemplo, 172 mm) que tiene una entrada 10 y una salida 15.

Se proporciona un arbol central rotatorio 20 a lo largo del eje central de la camara de procesamiento cilmdrica 5. El arbol 20 esta provisto de una cantidad de varillas 25 que se extienden perpendicularmente al eje del arbol. Estas varillas 25 se extienden hacia la pared externa 30 de la camara de procesamiento 5. La pared externa 30 de la camara de procesamiento 5 tambien esta provista de un numero de protuberancias complementarias o contra- varillas 35. Las varillas 25 y las contra-varillas 35 habitualmente son cilmdricas en seccion transversal y tienen un diametro de 5 mm.

La camara de procesamiento 5 esta provista de una camisa de refrigeracion 40. Esta esta configurada con una salida refrigerante 45 y una entrada refrigerante 50 para circular un fluido refrigerante 55, tal como agua fria, alrededor de la parte exterior de la camara de procesamiento 5, para enfriar los contenidos de la misma.

La entrada 10 esta dispuesta de tal modo que los componentes insertados dentro de la camara de procesamiento 5

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

se suministran en estrecha proximidad a las varillas 25. Esto garantiza un mezclado immediate y exhaustivo. La entrada 10 esta conectada a un sistema de entrada que comprende: una fuente de alginato 60, una bomba de alginato 65 y un conducto de alginato 70 para suministrar el alginato 75 a la camara de procesamiento 5. El sistema de entrada incluye adicionalmente: una fuente de iones calcio 60, tales como una solucion de cloruro de calcio, una bomba de jeringa 85 y un conducto “de calcio” 90 para suministrar iones calcio 95 a la camara de procesamiento 5. El conducto de calcio 90 se ubica preferentemente coaxialmente dentro del conducto de alginato 70, mediante el cual el mezclado de iones calcio 95 y el alginato 75 unicamente tendra lugar en la region de mezclado de alta cizalladura en el extremo de la entrada 10. A modo de ejemplo, el conducto de alginato 70 puede tener un diametro de 9,5 mm, mientras que el conducto de calcio puede tener un diametro de 0,75 mm.

Un agitador de varilla a escala de laboratorio ilustrativo 1 puede funcionar de forma continuada. El arbol rotatorio posee 18 varillas 25 consistentemente distribuidas y se inserta dentro de un recipiente revestido con 18 varillas fijas 35. Estas contra-varillas 35 se posicionan entre los del arbol 20 de una forma que el flujo contra las varillas rotatorias 25 se interrumpe, aumentando el grado de anisotropfa del campo de flujo.

El sistema mas amplio para preparar las partteulas desveladas en el presente documento se muestra en la figura 2. Esta figura muestra el aparato analizado anteriormente, incluyendo el sistema de regeneracion refrigerante 100, dispositivos de medicion de temperatura 105 y un deposito 110 para recoger las partteulas de producto.

En uso, las soluciones de alginato se preparan anadiendo lentamente la cantidad requerida del polvo de biopolfmero para enfriar agua desionizada. Las dispersiones obtenidas se calientan a continuacion y se agitan en un agitador magnetico de placa caliente durante 45 minutos a aproximadamente 95±5 °C para asegurar la completa solubilizacion.

Los reactantes se inyectan de forma separada en el agitador de varilla 1 con la ayuda de una bomba peristaltica para la solucion de alginato y una bomba de jeringa (tal como se ha fabricado por Cole-Parmer Instruments, Londres, Reino Unido) para la solucion de cloruro de calcio. De este modo, los chorros de alginato y de calcio se fusionan al mismo tiempo que entran al canal principal, dentro del recipiente de agitacion.

El tubo de silicona conecta todas las unidades dentro del proceso y se usa una tapa para evitar la evaporacion de agua de la jarra que contiene la solucion de alginato caliente durante el experimento.

Para inducir la creacion de micropartteulas en las etapas tempranas del proceso de agregacion, el punto de inyeccion de la solucion de cloruro de calcio se ubica lo mas cerca posible del piton, en la zona con alta disipacion de energfa, para garantizar el mezclado rapido de los dos chorros.

En un ejemplo, se usa una velocidad de enfriamiento constante para enfriar las muestras desde 56 °C en la entrada a 12 °C en la salida del recipiente de agitacion revestido para garantizar la reproducibilidad. La temperatura del fluido que entra (Tentrada) y sale (Tsalida) del agitador de varilla se registra usando termopares, y el Trevestimiento se controla a traves de un bano de agua recalculante que se lleva a cabo a traves del revestimiento del recipiente. Se proporcionan escenarios a modo de ejemplo en la tabla a continuacion:

Tabla 2

Composicion Caudal [ml/min] media Tamano de partcula [pm]

Bomba perisaltica

Alginato 2,0 %p/p 25 >10

Bomba de jeringa

CaCl2l0 %p/p 1

Tentrada[ C]

Trevestimiento[ C] Tsalida[ C] Velocidad de rotacion [rpm]

Unidad „ C 56

5 12 1550

Ahora se proporcionaran mas detalles sobre la teona que hay detras de la invencion.

Se ha desarrollado un nuevo metodo para la produccion de geles fluidos de alginato. Mediante el uso del campo de flujo turbulento generado, especialmente dentro de un agitador de varilla, las partteulas de gel fluido pueden producirse de un modo reproducible y controlado. Usando este planteamiento se produjo un diametro de partteula promedio inferior a 10 micrometros para todos los geles fluidos de alginato producidos. Se informa sobre un comportamiento gelatinoso debil de los materiales producidos, que mostraron un aumento gradual de G' al aumentar la concentracion de polfmero. Los resultados de cizalladura fija revelaron la existencia de un lfmite elastico aparente, indicando que un potencial entre partteulas significativo persistio una vez el proceso de proceso de produccion habfa finalizado. Se uso tribologfa blanda para evaluar las propiedades de lubricacion de geles fluidos de Ca-alginato. El arrastre de partteulas en el contacto de bala en el disco dio lugar a un aumento localizado de friccion en el regimen mezclado, que se encontro que era dependiente de las propiedades intrmsecas de las partteulas y la rugosidad de la

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

superficie del disco. Un aumento de concentracion de poKmeros dio como resultado una menor friccion general para sistemas con dimensiones de partfcula similares. Estas respuestas diferentes pero complementarias de geles fluidos, que derivan de una concentracion de alginato aumentado, ofrecen posibilidades reales hacia la construccion de microestructuras con atributos sensoriales mejorados.

Ahora se ha encontrado posible la produccion de geles fluidos termicamente preparados en procesos que permiten en control de tanto la velocidad de enfriamiento como del campo de flujo, tal como un agitador de varilla revestido. Mediante la modificacion de los parametros de proceso (es decir, velocidad de enfriamiento, campo de flujo), es posible emparejar cinetica de orden conformacional (escala de tiempo caractenstica de reaccion) y escala de tiempo de la cizalladura aplicada. En terminos practicos, la razon de por que no ha sido posible anteriormente producir geles fluidos a partir de alginatos surge de la transicion sol-gel casi instantanea y temperatura independiente del polfmero.

De acuerdo con el "modelo caja de huevos", los residuos de guluronato adoptan una simetna doble produciendo una cadena deformada. La asociacion entre cadenas se produce mediante la dimerizacion de secuencias de cadena con el Ca2* intercalada dentro del dfmero en sitios espedficos a lo largo de cada una de las superficies interiores y tiene lugar en la escala de tiempo de milisegundo o microsegundo. Una liberacion de sal de calcio apropiada es, por tanto, crucial para asegurar el control de la velocidad de gelificacion y la microestructura de gel fluido resultante. Un metodo de configuracion que usa una liberacion in situ de sal de calcio interna (es decir, Ca-EDTA, CaCO3) mediante cambio de pH podna representar una opcion para obtener el control sobre la cinetica de gelificacion.

La tecnica desarrollada implica un bombeo continuo del polfmero y las soluciones de iones dentro del dispositivo de agitador de varilla revestido. La inyeccion de calcio cerca del impulsor del agitador de varilla permitio la produccion de partfculas con un diametro medio inferior a 10 mm. Se consiguio la reproducibilidad y control sobre la concentracion de iones reticulantes usando una bomba de jeringa. En su conjunto, se consiguieron microestructuras de polfmero estable, que se derivan de un tipo de anclaje de quelato fuerte, con condiciones espedficas (es decir, concentracion de polfmero y campo de cizalladura aplicada). Al contrario que los geles fluidos termorreversibles, las estructuras gelificadas de alginato resultante ofrecen la ventaja de estabilidad hacia procesos de tratamiento termico. Se han investigado los efectos de cizalladura durante la gelificacion de alginatos sobre las microestructuras resultantes. Estos cambios en morfologfa y entidades estructurales paredan tener consecuencias favorables y determinables sobre las propiedades viscoelasticas de las suspensiones de partfculas finales. Tambien se llevo a cabo una caracterizacion tribologica, la cual destaco algunas caractensticas comunes que existen entre la respuesta de lubricacion de los alginatos inducidos con Ca y los geles fluidos termorreversibles. Mas espedficamente, se examino el efecto de propiedades de partfcula (tamano, elasticidad) sobre las propiedades de lubricacion de geles fluidos.

Ahora se describira la invencion en relacion con los siguientes ejemplos no limitativos.

Ejemplos

Materiales

Se compro alginato de sodio (W201502) de Sigma-Aldrich (Sigma-Aldrich Company Ltd., Dorset, Reino Unido) y se uso sin purificacion adicional. Las soluciones de alginato se prepararon anadiendo lentamente la cantidad requerida del polvo de biopolfmero para enfriar agua destilada. Las dispersiones obtenidas se calentaron y agitaron a continuacion durante 45 min. a 95 °C para asegurar la completa solubilizacion. Se prepararon solucion de cloruro de calcio disolviendo la cantidad requerida de CaCl2 (C1016, Sigma-Aldrich Company Ltd., Dorset, Reino Unido) en agua destilada.

Se inyectaron reactantes de forma separada en el dispositivo agitador de varilla con la ayuda de una bomba peristaltica para la solucion de alginato y una bomba de jeringa (Cole-Parmer Instruments, Londres, Reino Unido) para la solucion de cloruro de calcio. De este modo, los chorros de alginato y de calcio se fusionan al mismo tiempo que entran al canal principal, dentro del recipiente de agitacion.

Para inducir la creacion de micropartfculas en las etapas tempranas del proceso de agregacion, el punto de inyeccion de la solucion de cloruro de calcio se ubico lo mas cerca posible del piton, en la zona con alta disipacion de energfa, para garantizar el mezclado rapido de los dos chorros. Un tiempo de residencia promedio de 8 minutos y una velocidad de arbol de 1550 RPM resulto suficiente para crear micropartfculas con un tamano de partfcula medio inferior a 10 mm. Independientemente de las propiedades de configuracion fnas de los geles de alginato, las propiedades ffsicas del gel final pueden modificarse en gran medida mediante un cambio en la temperatura durante la transicion sol-gel. Para garantizar la reproducibilidad de la preparacion de la muestra, se uso una velocidad de enfriamiento constante para enfriar las muestras desde 55 °C en la entrada a 10 °C en la salida del recipiente de agitacion revestido.

Parametros de medicion

Mediciones reologicas: Se llevaron a cabo experimentos de cizalladura fija y de cizalladura oscilatoria de cepa

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

pequena en un nano-reometro de tension controlada Bohlin Gemini HR (Malvern Instruments Ltd., Reino Unido) con un diametro de 40 mm, una geometna de placa paralela truncada de 4° y un hueco de 1 mm. Las muestras se mantuvieron isotermicamente a 20 °C durante todas las mediciones reologicas.

Se realizaron ensayos de barrido a una tension dentro de la region viscoelastica lineal, mientras se variaba la frecuencia de 0,01 Hz a 1 Hz. La region viscoelastica lineal se determino en una caracterizacion reologica previa mediante mediciones de barrido de amplitud a una frecuencia de 1 Hz.

Se obtuvieron inicialmente valores de lfmite elastico aparente a partir de experimentos de rampa de esfuerzo. La tension de cizalladura aplicada se aumento linealmente a una velocidad constante durante un periodo de tiempo y el lfmite elastico se calculo mediante la extrapolacion de los graficos de velocidad de cizalladura de tension de cizalladura a una velocidad de cizalladura cero. En los ensayos de rampa de esfuerzo, el proceso de deformacion esta afectado por el porcentaje de rampa de esfuerzo aplicada, es decir, cuanta menos porcentaje de rampa de esfuerzo se aplica, se observa menos tension cntica. Por lo tanto, los resultados de rampa de esfuerzo se usaron para estimar un valor de lfmite elastico aparente antes de los experimentos de deformacion permanente por fatiga.

Se llevaron a cabo experimentos de tension constante (deformacion permanente por fatiga) para identificar el lfmite elastico "verdadero". Los geles fluidos se sometieron a una tension constante [Pa] durante 30 segundos y la deformacion o deformacion relativa se registro en funcion del tiempo. El ensayo anterior se repitio aumentando la tension en intervalos de 1 Pa desde 5 Pa a 30 Pa para los sistemas del 1 % (p/p) y del 2 % (p/p) y desde 20 Pa a 40 Pa para los sistemas con el 3 % (p/p) y el 4 % (p/p) de concentracion. Se generaron un conjunto de curvas de fluencia con un periodo de descanso de 30 segundos entre cada prueba de fluencia a diversas tensiones de cizalladura aplicadas y la deformacion se represento en tiempo. El material se comporta como un solido si la tension aplicada es inferior al lfmite elastico y la deformacion relativa medida es poca e independiente del tiempo tras una respuesta elastica inmediata. Cuando la tension aplicada excede el lfmite elastico del material, la deformacion relativa tiende al infinito hasta que se logra la deformacion relativa que corresponde a una condicion de flujo en el material. El valor de lfmite elastico se identifico como la tension cntica que produce un gran aumento de porcentaje de fluencia.

Se produce un proceso de ajuste de difusion con una reaccion de anclaje casi instantanea entre los iones Ca2+ y grupos COO de la cadena de alginato disponibles cuando se mezcla directamente una forma activa de calcio con la solucion de polfmero. Las propiedades de partfcula parecen ser el resultado de una competicion entre cizalladura y la formacion de clusteres gelificados a traves de reticulacion de iones (mezclado y difusion). La distorsion de la microestructura se produce cuando la escala de tiempo asociada con el flujo es menor que la escala de tiempo asociada con la difusion a escala local (es decir, la redproca de la velocidad de cizalladura es menor que el tiempo para la difusion).

Se empleo una velocidad de rotacion del agitador de varilla de 1550 RPM con un tiempo de residencia de 8 minutos para producir todos los sistemas de gel fluido. Esta velocidad de cizalladura, junto con el relativamente pequeno diametro de partfcula medio (<10 mm), supone que el principal conductor para la formacion de partfculas de gel fluido de alginato dentro de este proceso es a traves de fractura mecanica de un matriz gelificante. Controlar la introduccion de iones reticulantes evita la reordenacion molecular de postproduccion y de este modo mantiene geles fluidos de alginato estables.

La velocidad de cizalladura aplicada produjo una partfcula significativamente mas grande para el 1 % (p/p) de alginato (diametro medio calculado de 9,5 micrometres) que para los geles fluidos mas concentrados (3 % y 4 % (p/p)) lo cuales, a partir de un examen microscopico, se encontro que eran de dimensiones similares a aproximadamente 3 micrometros. Los geles quiescentes en masa de concentraciones de alginato aumentadas se conocen por resistir deformaciones relativas de deformacion mayores antes de romperse en partreulas mas pequenas en comparacion con geles quiescentes de alginato con concentracion de polfmero inferior. De este modo, Solo se esperan partreulas mas grandes en el caso de un gel que se forme de forma quiescente y que se fractura posteriormente mediante fuerzas mecanicas. Del mismo modo, someter a cizalladura un gel quiescente ocasiona habitualmente partreulas con contornos dentados.

A la inversa, se encontro un tamano de partreula aumentado para geles fluidos producidos con concentracion de polfmero inferior y las partreulas no mostraban bordes afilados o contornos dentados. Por lo tanto, la hipotesis del autor es que mezclando calcio y la formacion de red participa en la rotura inducida por cizalladura de la red que se esta formando. En tales procesos, las tensiones de cizalladura local experimentadas por las partreulas crecientes controlan su tamano de equilibrio. Al reducir la concentracion, menores tensiones de cizalladura actuaran sobre los nucleos de gel iniciales debido a una viscosidad general disminuida. Esto se refiere a la concentracion de cadenas de polfmero desordenadas en la matriz que, como las partreulas estan formadas, es menor para al sistema menos concentrado. Por lo tanto, el total aumenta en el tamano de partreulas como resultado de reducir la concentracion de polfmero:

Ademas, esta matriz menos densa da como resultado unas tasas de difusion mas rapidas de calcio a traves de la matriz gelificada. En estas condiciones, el tiempo caractenstico para mezclar las dos fases lfquidas a un nivel

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

molecular (micromezclado) tambien aumentana, debido tanto a la baja viscosidad como al aumento en el coeficiente de difusion. Estos mecanismos, por lo tanto, dan ventaja a la formacion de gel sobre el proceso de rotura.

El mecanismo propuesto es el siguiente. La gelificacion se controla mezclando entre el alginato y el calcio en equilibrio con el proceso de rotura. Si el mezclado es rapido (alta cizalladura) se forman parttculas mas grandes y con forma irregular, como resultado de la rotura de parttculas de rapido crecimiento. Si el mezclado es mas lento, domina el proceso de rotura y se forman partfculas mas pequenas y con forma regular (es decir, sistemas concentrados mas altos).

Los resultados de lfmite elastico han mostrado que una reactividad entre parttculas significativa, probablemente mediada por interacciones de Ca2+, persistio despues del procesamiento y despues de que se estableciera el gel. Por lo tanto, desde una perspectiva reologica, los geles fluidos de alginato deben considerarse como una suspension de partfculas cargadas cuya reologfa esta dominada por interacciones entre partfculas sobre el movimiento browniano y las fuerzas hidrodinamicas. Como conclusion de este estudio reologico, los geles fluidos de alginato se han caracterizado como suspensiones que comprenden esencialmente partfculas no agregadas que a pesar de no estar en una estructura reticular compacta, mostro un comportamiento notablemente gelatinoso y que unicamente puede fluir de una a otra de forma apreciable si se aplica una tension lo suficientemente grande (mayor que el lfmite elastico aparente). Estas propiedades unicas pueden usarse de forma ventajosa para formar materiales con atributos sensoriales mejoradas en muchos procesos de ingeniena alimentaria. En concreto, puede utilizarse como la fase acuosa dispersa en grasas continuas para untar permitiendo la inclusion de ingredientes desestabilizantes ya que estos estan "capturados" en los microgeles.

La viscosidad aumentada y la elasticidad de partfculas, a traves del aumento de concentracion de alginato, mostro una menor friccion. Del mismo modo, de condujeron partfculas pequenas al hueco entre la bala y el disco sin aumentar la friccion. Estos resultados sugieren el impacto ventajoso que la presencia de parttculas gelificadas de alginato pequenas (idealmente inferiores a 10 mm) tendnan sobre la lubricacion y refuerzan la idea del uso de parttculas de geles fluidos para reemplazar las gotas de aceite en una emulsion de aceite en agua.

Ademas, los mecanismos concurrentes responsables de la formacion de partfculas son la rotura de clusteres gelificados y la formacion de esos clusteres a traves de reticulacion ionica. Cuando se aumenta la concentracion de polfmero, de produce una difusion de calcio mas lenta a traves de la matriz gelificada y la suspension no gelificada debido a la mayor viscosidad. Como consecuencia, hay mayores roturas en las parttculas que se forman y menor reticulacion ionica, lo que explica las dimensiones de partfcula reducidas al aumentar la concentracion de alginato. Aplicar cizalladura durante la gelificacion de sistema de Ca-alginato altera en gran medida la morfologfa resultante de las entidades estructurales, permitiendo que la microestructura sea manipulada a traves de parametros de procesamiento de control. De este modo, se obtuvieron estructuras de gel fluido similares que produdan propiedades ffsicas comparables a partir de concentraciones de alginato distintas.

Desde una perspectiva reologica, los geles fluidos producidos se describieron como suspensiones de parttculas gelificadas interactivas dispersadas en una matriz no gelificada, mostrando un comportamiento de flujo gelatinoso bajo y viscosidades limitantes de alta cizalladura. Un aumento en la concentracion de polfmero dio como resultado un lfmite elastico mayor y unas viscosidades mayores una vez los geles fluidos empezaron a fluir. Tambien se examino la respuesta de lubricacion de los geles fluidos de alginatos. Se encontro un aumento localizado de friccion correspondiente a una velocidad de arrastre cntica al aumentar la velocidad de arrastre. Esta velocidad en la cual las partroulas se arrastran por completo se encontro ser inversamente proporcional a la elasticidad de partroula y el tamano de partroula.

Se realizaron estudios adicionales con liberacion lenta de iones calcio. Se libero calcio a partir de CaCO3 desencadenado por la reaccion con protones a partir de la hidrolisis lenta de glucono-8-lactona (gDl). Esto permitio a la cinetica de ordenacion conformacional emparejarse a la escala de tiempo de las fuerzas mecanicas aplicadas.

Geles fluidos con partroulas mas grandes, producidos a una velocidad de cizalladura inferior, mostraron viscosidades mejoradas en comparacion con aquellos geles fluidos que contienen partroulas mas pequenas. De este modo, queda demostrado que la velocidad de cizalladura aplicada determina el tamano de partroula y consecuentemente su viscosidad. La dependencia de velocidad de cizalladura aplicada del aumento de viscosidad (An) durante la transicion de ordenacion puede ajustarse usando una relacion de ley de potencia. Ademas, se uso una ecuacion cinetica de primer orden para describir la cinetica de la interaccion entre partroulas despues del procesamiento. El porcentaje de reaccion se ha mostrado independiente del porcentaje de cizalladura aplicada (tabla 1).

Tambien se ha investigado la formacion de gel fluido con una variedad de concentraciones de CaCO3. Esto se llevo a cabo con dos muestras de alginato de distintos pesos moleculares pero con relaciones de Guluronato (G)/Manuronato (M) comparables. Geles fluidos formados a partir de polfmeros con un peso molecular alto mostraron viscosidades mayores, transiciones sol-gel mas rapidas, asf como una mayor An durante la formacion. Esto sugirio una densidad de cadena mayor entre los reticulantes. Los resultados revelaron que la An durante la produccion aumento de forma significativa con dosis mayores de CaCO3 hasta que se consiguio una concentracion saturada, correspondiente a la relacion de fraccion molar cntica R[Ca]/[G]). Este valor cntico R[Ca]/[G] se encontro

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

ser 0,5 para ambas muestras de alginato y es necesario para que se produzca la interaccion fuerte entre cadenas de alginato. Este trabajo ha mostrado que pueden lograrse propiedades deseables mediante la eleccion de peso molecular de alginato incluso en la misma composicion en bloque de G/M.

Estabilidad Termica

Se relleno un disco T con 20 g de gel fluido y se sello hermeticamente. El disco T con geles fluidos se colo a continuacion en un conjunto de bano de agua a una temperatura definida. Las muestras se incubaron a 130°C durante 8 minutos.

Se llevaron a cabo experimentos de cizalladura fija y de cizalladura oscilatoria de cepa pequena en un nano- reometro de tension controlada Bohlin Gemini HR (Malvern Instruments Ltd., Reino Unido) con un diametro de 40 mm, una geometna de placa paralela truncada de 4° y un hueco de 1 mm. Las muestras se mantuvieron isotermicamente a 20 °C durante todas las mediciones reologicas.

Se realizaron ensayos de barrido a una tension dentro de la region viscoelastica lineal, mientras se variaba la frecuencia de 0,01 Hz a 1 Hz. La region viscoelastica lineal se determino en una caracterizacion reologica previa mediante mediciones de barrido de amplitud a una frecuencia de 1 Hz.

Se uso un calonmetro de barrido dinamico Seteram |jDSC3 evo (Instrumental SETERAM, Reino Unido) para medir posibles entalpfas y temperaturas de transiciones termicas. Se cargaron geles fluidos de alginato (0,7 ± 0,05 g) dentro del soporte de muestra a 20 °C. La celula de referencia se relleno con una masa igual de agua desionizada para eliminar la dependencia de temperatura de la capacidad de calentamiento espedfica.

Los geles fluidos se evaluaron calentando inicialmente a partir desde 20 °C a 110 °C y despues enfriando desde 110 °C a 20°C. Tanto el calentamiento como el enfriamiento se llevo a cabo a una velocidad de esfuerzo de rampa de 0,5 °C/min.

Al contrario que los geles fluidos termorreversibles, que se derriten cuando se calienta por encima de su temperatura de fusion de equilibrio Tfusion y se enfnan posteriormente de forma quiescente, la macroestructura de gel fluido de alginato permanece inalterable durante el tratamiento termico. Los resultados de DSC revelaron que no se produjeron transiciones termica desde 20 °C hasta 110 °C (fig. 1) lo que confirma que, a diferencia del agar, la goma gellan o la carragenina, los geles fluidos de alginato son termoestables en el sentido de que no se disuelven por encima de una temperatura cntica.

Para investigar los cambios inducidos termicamente en la microestructura de geles fluidos de alginato, se realizaron mediciones viscosimetricas 48 horas antes y despues de que los geles fluidos se sometieran a tratamiento termico (proceso de retorta).

Parece que las muestras tratadas y no calentadas mostraron un comportamiento pseudoplastico similar, que se deriva de la rotura gradual de los puentes entre partfculas inducidos mediante cizalladura. La rotura de puentes entre partfculas durante la medicion reologica implica que la viscosidad en masa es una funcion directa de la elasticidad intrmseca y relleno de las partfculas. El hecho de que las muestras mostraran una viscosidad similar cuando se midieron a una cantidad de velocidades de cizalladura indica que el flujo relativo de partfculas de unas a otras no se vio afectado por el proceso de retorta. Para ambos geles fluidos calentados y no calentados, la interaccion entre partfculas compactas permitio la formacion de una red elastico en descanso mientras que el flujo se midio a una cizalladura aplicada.

Para obtener un mayor detalle dentro de los acontecimientos estructurales inducidor por tratamiento termico, se llevaron a cabo pequenos experimentos de cizalladura oscilatoria. Las mediciones de barrido de frecuencia indicaron la respuesta gelificante casi uniforme sobre la frecuencia estudiada para ambas muestras. Las propiedades mecanicas de ambas muestras parecieron situarse en algun punto intermedio entre aquellos del gel "debil" y "fuerte", con G' significativamente mayor que G'' pero mas dependiente en frecuencia que en el caso del gel "fuerte" o quiescente. Los resultados junto con los datos de DSC confirmaron que no se produjo ninguna fusion (hidrolisis de la cadena de alginato) bajo calentamiento y de forma consecuente, no tuvo lugar ningun reordenamiento quiescente durante el enfriamiento.

Se encontro una pequena reduccion en el valor G' medido en las muestras de gel fluido calentadas. Se cree que se debe a la rotura y reorganizacion de las zonas de confluencia en lugar de a la hidrolisis del alginato en cadenas acortadas. La hidrolisis de alginato dana como resultado una debilitacion de las interacciones globales entre los residuos de polisacaridos y el resto de la matriz gelificada porque la cantidad de cargas electrostaticas disminuye con la longitud de la cadena de alginato. Esto conducina a un material lfquido viscoso con un espectro mecanico en el que G" > G'. Por el contrario, los geles fluidos mostraron un gel debil como respuesta.

Se podnan extraer una cantidad de conclusiones adicionales a partir de los datos experimentales anteriores. En particular, se encontro que propiedades mecanicas para las partfculas se situaban en algun punto intermedio entre

aquellos del gel debil y fuerte, con G' significativamente mayor que G'' pero mas dependiente en frecuencia que en el caso del gel fuerte o quiescente. Pueden obtenerse volumenes de fase de partfcula equivalentes a traves del procesamiento (es decir, velocidad de cizalladura aplicada), y de este modo, propiedades ffsicas similares. El arrastre de partfculas en el contacto de bala en el disco dio lugar a un aumento localizado de friccion en el regimen 5 mezclado, lo se encontro ser dependiente en las propiedades intrmsecas de partfculas y en la rugosidad de la superficie del disco.

Aunque se han descrito en detalle realizaciones preferentes de la invencion en el presente documento, se entendera por los expertos en la materia entenderan que pueden realizarse variaciones a las mismas sin apartarse del ambito 10 de la invencion de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   REIVINDICACIONES

   1. Un metodo para la fabricacion de partfculas de gel comestibles que tienen un diametro medio maximo de 0,1 a 20 pm, comprendiendo el metodo:

   mezclar a alta cizalladura una solucion que comprende un alginato, mientras se anade una fuente de iones calcio a la solucion,

   en el que la fuente de iones calcio comprende carbonato de calcio, y

   en el que la solucion y/o la fuente de iones calcio comprende una fuente de protones liberados lentamente.
2. 2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que las partfculas de gel tienen un diametro medio maximo de 1 a 10 pm.
3. 3. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solucion es una solucion acuosa y comprende un alginato en una cantidad del 0,1 al 10 % p/p.
4. 4. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente de protones liberados lentamente es glucono-8-lactona.
5. 5. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mezclado de alta cizalladura se lleva a cabo en un agitador de varilla.
6. 6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que el mezclado de alta cizalladura se lleva a cabo por un tiempo de residencia promedio de 5 a 15 minutos y/o a una velocidad de mezclado rotacional de 1000 a 2000 RPM.
7. 7. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente de iones calcio se anade mediante inyeccion dentro de una region de alta cizalladura de la solucion mezclada con alta cizalladura.
8. 8. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente el secado por pulverizacion de las partfculas de gel.
9. 9. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, implicando adicionalmente el metodo una etapa de adicion de las partfculas de gel dentro de una composicion de bebida o una composicion de alimento.
10. 10. Una composicion que comprende partfculas de gel comestibles que tienen un diametro medio maximo de 0,1 a 20 pm, que se puede obtener mediante el metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
11. 11. La composicion de la reivindicacion 10, que es una composicion de bebida y que comprende adicionalmente un componente aromatizante, preferentemente para una bebida de cafe, leche o chocolate.
12. 12. La composicion de bebida de acuerdo con la reivindicacion 11 en forma lfquida.
13. 13. Un cartucho de bebida sellado que se puede insertar en una maquina que contiene la composicion de la reivindicacion 10 o la composicion de bebida de la reivindicacion 11 o la reivindicacion 12.
14. 14. Un sistema de preparacion de bebidas que comprende el cartucho de bebida de la reivindicacion 13 y medios para hacer pasar un medio acuoso a traves del cartucho para elaborar una bebida.
15. 15. Un metodo para preparar una bebida, comprendiendo el metodo mezclar la composicion de bebida de acuerdo con la reivindicacion 11 o la reivindicacion 12 con un medio acuoso.