JP2019527542A - 押出助剤としての表面反応炭酸カルシウム - Google Patents

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Abstract

本出願は、フィブリル化セルロース含有材料を除く、膨化多糖系材料の製造のための押出助剤としての表面反応炭酸カルシウムの使用であって、ここで表面反応炭酸カルシウムが、粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の二酸化炭素との反応生成物である使用に関する。

Description

本出願は、膨化多糖系材料の製造のための押出助剤としての表面反応炭酸カルシウムの使用に関する。
エクストルージョンクッキングによって得られる膨化多糖系材料は、非常にしばしば、人間の消費用食品(例えば、朝食シリアル又はスナック)又は動物の消費用食品(例えば、ペットフード)として使用又はそれらに加工処理される。しかし、これらの多糖系材料の使用はまた、非食物用途、特に包装材料にも一般的である。
多孔質又は泡沫の外観を有する膨らんだ構造体を得るために、このような材料はしばしばデンプン含有粉砕材料又は他の多糖含有粉砕材料から製造され、これは次いで押出方法に供される。従って、適切な出発材料としては、大麦、コーン(トウモロコシ)、オート麦、米、ライ麦、スペルト小麦、小麦、アマランス、キヌア、キビなどの、グロート(groat)、セモリナ(semolina)又は粉(flour)が挙げられる。典型的な方法では、粉砕された出発材料を押出機の入口にフィードし、次いで100℃以上の温度に加熱する。押出機をダイを通って出た後、出発材料に含有される水及び他の揮発性物質は直ちに蒸発し、これが押出物の断面又は体積膨張と関連する。この膨張は、いわゆる膨張指数Fによって記述され得、ここで高い膨張指数は、押出物のより高い気孔性及びより低い密度を示す。
本出願全体を通して使用される「膨らんだ」又は「膨化」という用語は、適切な出発配合物の多孔質膨張によって得られる多孔質又は泡沫構造の骨格構成を提供する固体材料の特性を指す。好ましくは、膨張は、高温及び/又は急速な圧力低下を用いてこの出発配合物に埋め込まれた液体(例えば水)の蒸発によって達成される。
当該技術分野において、膨化押出生成物の製造のための多糖含有材料の押出は十分に確立されている。適切な方法及び原材料の概要は、R.Guyによる「Extrusion Cooking」,Woodhead Publishing Ltd.and CRC Press LLC,2001に提供されている。
多糖系食品の気孔性及びさらなる特性を改変又は制御するための努力がなされてきた。US6,277,423は、押出生地組成物においてパン種(leavening)としての炭酸カルシウムの使用を示唆している。しかし、そこに記載されているパン種は、押出物を揚げる前にガスの発生を防止するために、より大きな粒径を有するように与えられた。US7,431,954は、エクストルージョンクッキングされた食品においてカルシウム強化を提供するための炭酸カルシウムの使用を開示している。しかし、炭酸カルシウムは過剰発酵(over leavening)を引き起こす可能性があり、これが押出物の望ましくない過小膨張(under−expansion)を実際にもたらし得ることが記載されている。
従って、改善されたエクストルージョンクッキングされた膨化材料の提供及びそれらの製造のための改善された方法が依然として必要とされている。
米国特許第6,277,423号明細書 米国特許第7,431,954号明細書
R.Guy、「Extrusion Cooking」,Woodhead Publishing Ltd.and CRC Press LLC,2001
従って、本発明の1つの目的は、増加した膨張指数を有する膨化エクストルージョンクッキング材料の提供に見られ得る。この点で、より軽くてふわっとした口当たりを有する食品を提供することが依然として必要とされている。特に包装材料の分野においても、軽量で環境に優しい包装材料が依然として必要とされている。
別の目的は、改善されたクリスプ性(crispness)を有する膨化エクストルージョンクッキングされた食品の提供において見られ得る。
さらに別の目的は、より平滑な又はより均一なテクスチャを有する膨化押出物を提供することに見られ得る。
さらに別の目的は、増加した硬度を有する膨化押出物を提供することに見られ得る。膨化食物の場合、増加した硬度は口当たりに正の影響を及ぼす可能性がある。包装材料の分野では、増加した硬度は輸送品の安定性及び安全性の改善に関連する。
さらに別の目的は、膨化多糖系材料の製造のための材料及びコスト節約方法を提供することに見られ得る。
前述及び他の問題は、独立請求項において本明細書で定義されるような主題によって解決され得る。
本発明の第1の態様は、膨化多糖系材料の製造方法に関し、この方法は、以下の工程:
(a)フィブリル化セルロース含有材料を除く、少なくとも1つの多糖含有粉砕材料を提供する工程;
(b)少なくとも1つの押出助剤を提供する工程;
(c)工程(a)で提供される多糖含有粉砕材料と工程(b)で提供される押出助剤とを組み合わせて混合物を得る工程;及び
(d)工程(c)で得られる混合物を押出機により膨化させて膨化多糖系押出物を得る工程
を含み;
工程(b)で提供されるこの押出助剤が、表面反応炭酸カルシウムであり、ここでこの表面反応炭酸カルシウムが、CO及び1つ以上のHイオン供与体で処理された粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の反応生成物であり、ここでこのCOは、Hイオン供与体処理によってインサイチュで形成される及び/又は外部供給源から供給されることを特徴とする。
押出又は膨化シリアル系スナックにおける添加剤としての(非修飾の)炭酸カルシウムの使用は既に知られている。しかし、記載された食品のほとんどは、栄養強化目的のためにカルシウム塩を含有する。US6,210,741は、出発ブレンドが約1〜10%のカルシウム強化(例えば、炭酸カルシウム又はリン酸カルシウム)を含むことができる、穀物系押出物の調製方法を開示している。同様の様式で、US5,366,748は、カルシウム強化源として炭酸カルシウムを添加したシリアル穀物系食品の製造方法を開示している。
本発明の発明者らは、驚くべきことに、押出添加剤としての表面反応炭酸カルシウムの使用が、押出によって得られる膨化多糖系材料の特性を改善することを見出した。この目的のために、適切な膨化可能な材料と表面反応炭酸カルシウムとを含む混合物は、押出工程、すなわち高温及び高圧に供される。適切な膨化可能な材料は、フィブリル化セルロース含有材料(すなわち、ミクロフィブリル化セルロースを含有する材料、ナノフィブリル化セルロースを含有する材料、ナノ結晶セルロースを含有する材料及び/又はノイル若しくはクリル(crill)として参照される分画セルロース材料)を除く、例えば大麦、コーン(トウモロコシ)、オート麦、米、ライ麦、スペルト小麦、小麦、アマランス、キヌア、キビなどの、グロート、セモリナ又は粉であってもよい。表面反応炭酸カルシウムは、CO及び1つ以上のHイオン供与体で処理された粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の反応生成物である。いかなる理論にも束縛されることを望むものではないが、表面反応炭酸カルシウムは、大きな表面を提供し、押出機の出口にて原料混合物に含有される水などの液体の蒸発を向上させ又は促進する、いわゆる「気泡核形成剤(bubble nucleating agent)」として働くと考えられる。
本発明の方法によって得ることができる膨化押出物の改善された特性には増加した膨張指数が含まれ、これは押出機の出口を通過した後の押出物の断面又は体積膨張を説明するために使用され得る。これに加えて、本発明の押出方法に従って得ることができる生成物は、官能パネル試験における改善された結果、例えば、改善されたクリスプ性又はより均一な表面を提供することを見出した。
本発明の別の態様は、フィブリル化セルロース含有材料を除く、膨化多糖系材料の製造のための押出助剤としての、表面反応炭酸カルシウムの使用に関し、ここで表面反応炭酸カルシウムが、CO及び1つ以上のHイオン供与体で処理された粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の反応生成物であり、ここでこのCOは、Hイオン供与体処理によってインサイチュで形成される及び/又は外部供給源から供給される。
本発明のさらに別の態様は、本発明の方法に従って得ることができる、フィブリル化セルロース含有材料を除く、膨化多糖系材料に関する。
本出願全体を通して使用される以下の用語は、以下に述べる意味を有するものとする:
「固体」という用語は、材料の物理的状態を指す。他に指示がない限り、この物理的状態は20℃の温度で観察されるものである。
本出願の意味における用語「表面反応」(例えば、表面反応GNCC又はPCC)という用語は、材料が、水性環境中、酸性処理(例えば水溶性遊離酸及び/又は酸性塩の使用により)時に、この材料の部分的溶解を含む工程、続いてさらなる結晶化添加剤の不存在下又は存在下で生じ得る結晶化工程に供されたことを示すために使用されるものである。本明細書で使用される場合「酸」という用語は、ブレンステッド・ローリーによる定義の意味での酸(例えばHSO、HSO )を指す。
加えて、又は代替として、「表面反応」材料は、未処理出発材料(すなわち、GNCC又はPCC)と比較して、増加した粒子内圧入比細孔容積によって特徴付けられ得る。この増加した細孔容積又は気孔性は、その形成中の溶解及び再結晶化工程の結果である。通常、出発材料は、内部気孔性を全く示さないか又はわすかに低いものを示す。
不定冠詞又は定冠詞、例えば「a」、「an」又は「the」が単数名詞を指すときに使用される場合に、これは、具体的な記述がない限り、この名詞の複数形を含む。
用語「含む」は、本説明及び特許請求の範囲に使用される場合に、他の要素を排除しない。本発明の目的のために、用語「からなる」は、用語「含む」の好ましい実施形態であると考慮される。この後、群が少なくとも特定数の実施形態を含むように定義される場合に、これはまた、これらの実施形態のみからなるのが好ましい群を開示することも理解されるべきである。
「得ることができる」又は「定義できる」及び「得られる」又は「定義される」のような用語は、交換可能に使用される。例えばこれは、文脈上別段の意味に明確に示されない限り、用語「得られる」は、例えばある実施形態が、例えば用語「得られる」に続く一連の工程によって得られなければならないことを示す意図はないが、こうした限定的な理解は、好ましい実施形態として用語「得られる」又は「定義される」によって常に含まれる。
用語「含む(including)」又は「有する(having)」が使用されるときはいつでも、これらの用語は、本明細書において上記で定義されるような「含む(comprising)」と等価であることを意図する。
本出願で言及されている用語及びパラメータのさらなる定義は、必要な限り、測定方法とともに実験の項で見出すことができる。
本発明の押出方法の有利な実施形態、この工程における表面反応炭酸カルシウムの使用及び対応する生成物は、対応する従属請求項に定義されている。
本発明の一実施形態によれば、(i)多糖はホモ多糖であり、好ましくはデンプンであり;及び/又は(ii)工程(a)で提供される多糖含有粉砕材料は、大麦、コーン(トウモロコシ)、オート麦、米、ライ麦、スペルト小麦、小麦、アマランス、キヌア、キビ又はそれらの混合物を含み、好ましくは多糖含有粉砕材料は、大麦、コーン(トウモロコシ)、オート麦、米、ライ麦、スペルト小麦、小麦、アマランス、キヌア、キビ又はそれらの混合物の、グロート、セモリナ又は粉から選択され、より好ましくは、多糖含有粉砕材料は、コーン(トウモロコシ)粉、小麦粉、ナッツ粉又はそれらの混合物である。
本発明の別の実施形態によれば、1つ以上のHイオン供与体は、(i)20℃で0以下のpKを有する強酸;及び/又は(ii)20℃で0〜2.5のpK値を有する中強酸;及び/又は(iii)その第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で2.5を超えて7以下のpKを有する弱酸であって、ここで、その第1の利用可能な水素の損失時に、水溶性カルシウム塩を形成できる対応するアニオンが形成され、且つここで、水素含有塩の場合、この第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で7を超えるpKを有し、その塩アニオンが水不溶性カルシウム塩を形成できる少なくとも1つの水溶性塩がさらに提供されるものである。
本発明のさらに別の実施形態によれば、表面反応炭酸カルシウムは、以下の工程:
(a)粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の懸濁液を提供する工程;
(b)工程(a)で提供される懸濁液に、20℃で0以下のpK値を有する又は20℃で0〜2.5のpK値を有する少なくとも1つの酸を添加する工程;及び
(c)工程(a)で提供される懸濁液を、工程(b)の前、工程(b)の間又は工程(b)の後に、COで処理する工程
を含む方法によって得られる。
本発明の別の実施形態によれば、表面反応炭酸カルシウムは、以下の工程:
(a)粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)を提供する工程;
(b)少なくとも1つの水溶性酸を提供する工程;
(c)ガス状のCOを提供する工程;及び
(d)工程(a)で提供されるこのGNCC又はPCC、工程(b)で提供される少なくとも1つの酸及び工程(c)で提供されるガス状COを接触させる工程;
を含む方法によって得られ、
(i)工程(b)で提供される少なくとも1つの酸が、その第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で2.5を超えて7以下のpKを有し、且つこの第1の利用可能な水素の損失時に、水溶性カルシウム塩を形成できる対応するアニオンが形成されること;及び
(ii)工程(b)で提供される少なくとも1つの水溶性酸と工程(a)で提供されるGNCC又はPCCとを接触させた後、水素含有塩の場合、この第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で7を超えるpKを有し、その塩アニオンが水不溶性カルシウム塩を形成できる少なくとも1つの水溶性塩がさらに提供されることを特徴とする。
本発明のさらに別の実施形態によれば、(i)天然炭酸カルシウムは、大理石、チョーク、ドロマイト、石灰石及びそれらの混合物からなる群から選択され;及び/又は(ii)沈降炭酸カルシウムが、アラゴナイト、バテライト又はカルサイト鉱物学的結晶形態又はそれらの組合せ形態を含む。
本発明の別の実施形態によれば、押出助剤は、(i)1〜75μm、好ましくは1.5〜50μm、より好ましくは2〜40μm、最も好ましくは2.5〜7.0μmの体積メジアン粒径d50(体積);及び/又は(ii)2〜150μm、好ましくは4〜100μm、より好ましくは6〜80μm、さらにより好ましくは8〜60μm、最も好ましくは10〜30μmの体積粒径d98(体積)を有する。
本発明の別の実施形態によれば、押出助剤は、ISO 9277:1995に準拠する窒素及びBET法を用いて測定される場合に、15〜200m/g、好ましくは27〜180m/g、より好ましくは30〜160m/g、さらにより好ましくは45〜150m/g、最も好ましくは48〜140m/gの比表面積を有する。
本発明の別の実施形態によれば、工程(c)で得られる混合物は、この混合物の総乾燥重量に基づいて、0.01〜10重量%、好ましくは0.05〜5重量%、より好ましくは0.1〜2重量%、最も好ましくは0.2〜1.8重量%の工程(b)で提供される押出助剤を含む。
本発明の別の実施形態によれば、(i)工程(c)で得られる混合物は、100℃〜150℃、好ましくは105℃〜140℃、より好ましくは110℃〜135℃、最も好ましくは115℃〜130℃に加熱され;及び/又は(ii)押出機は、0.5MPa、好ましくは2.5MPa、より好ましくは3.5MPa、さらにより好ましくは5MPa、さらにより好ましくは5.5MPa、最も好ましくは6MPaの最小圧力で作動し;及び/又は(iii)押出機は、10MPa、好ましくは8MPa、より好ましくは7.5MPa、さらにより好ましくは6MPa、最も好ましくは5MPaの最大圧力で作動する。
本発明のさらに別の実施形態によれば、工程(c)で得られる混合物は、以下の添加剤:(i)水を、好ましくは0.01〜15重量%、より好ましくは0.1〜10重量%、最も好ましくは0.2〜5重量%の量;及び/又は(ii)全粒穀物を、好ましくは0.1〜30重量%、より好ましくは0.5〜20重量%、最も好ましくは1〜15重量%の量;及び/又は(iii)スクロースを、好ましくは0.01〜20重量%、より好ましくは0.1〜10重量%、最も好ましくは0.2〜5重量%の量;及び/又は(iv)塩化ナトリウムを、好ましくは0.001〜5重量%、より好ましくは0.01〜2重量%、最も好ましくは0.1〜1重量%の量;さらに含み、それぞれはこの混合物の総乾燥重量に基づく。
本発明のさらに別の実施形態によれば、本方法は、工程(d)で得られる膨化多糖系押出物を、(i)人間消費用食品、好ましくは朝食用シリアル及び/又はスナックに;又は(ii)動物消費用食品、好ましくはペットフード、より好ましくはフィッシュフード、バードフード、ドッグフード及び/又はキャットフードに;又は(iii)包装材料に加工処理する工程(e)をさらに含む。
本発明のさらに別の実施形態によれば、本発明の方法に従って得ることができる膨化多糖系材料は、(i)5〜30、好ましくは8〜25、より好ましくは10〜20、最も好ましくは12〜18の膨張指数F;及び/又は(ii)10個のブレードを有するKramer剪断セルを備えたStable Micro Systems製のTA.HDplus Texture Analyserにて測定される場合、25〜50N、好ましくは30〜48N、より好ましくは32〜45N、最も好ましくは35〜40Nのクリスプ性を提供する。
以下では、表面反応炭酸カルシウムを使用する本発明の押出方法の実施形態を詳細に説明する。これらの詳細及び実施形態はまた、本発明の目的のための表面反応炭酸カルシウムの使用にも適用されることが理解されるべきである。適宜、これらの詳細は、本発明の方法に従って得ることができる生成物にさらに適用される。
<(a)多糖含有粉砕材料>
本発明に従う押出方法で使用される基材材料は、フィブリル化セルロース含有材料(すなわち、ミクロフィブリル化セルロースを含有する材料、ナノフィブリル化セルロースを含有する材料、ナノ結晶セルロースを含有する材料及び/又はノイル若しくはクリルとして参照される分画セルロース材料)を除く多糖含有粉砕材料であり、工程(a)において提供される。
本発明の意味における「多糖」は、フィブリル化セルロースを除く、グリコシド連結によって一緒に結合された、単糖単位、好ましくは10個以上の単位の長鎖から構成されるポリマー炭水化物であると理解される。多糖の典型的な例は、グリコーゲン、デンプン、ペクチン、キチン、カロース、又はフィブリル化セルロースを除くセルロースを含む。
従って、「多糖」という用語は、本出願で開示される態様及び実施形態のいずれにおいてもフィブリル化セルロースを含まないものとする。本明細書で使用される場合「フィブリル化セルロース」という表現は、ミクロ及びナノフィブリル化セルロースの両方、ナノ結晶セルロース及び/又はノイル若しくはクリルとして参照される分画セルロース材料を指す集合名詞である。
繊維が高エネルギー下で微細化される場合に、細胞壁が壊れ、付着ストリップ、すなわちフィブリルに引き裂かれるとフィブリル化される。この工程が継続して、フィブリルを繊維の本体から分離する場合、このフィブリルを放出する。単離されたミクロフィブリルへの繊維の分解は、「ミクロフィブリル化」と呼ばれる。この工程は、繊維は残っておらず、ナノサイズの直径を有する基本フィブリル又は一次フィブリル(primary fibril)のみが残るまで続けられ得る。前述の繊維の単離された基本フィブリル又は一次フィブリルへの分解は、「ナノフィブリル化」と呼ばれる。
対応するセルロースは、それぞれミクロフィブリル化セルロース及びナノフィブリル化セルロースと呼ばれる。従って、本発明の文脈における「ミクロフィブリル化セルロース」という用語は、少なくとも部分的にミクロフィブリルに分解された複数の繊維に関するものであり、好ましくはミクロフィブリル化セルロースは単離された一次又は基本フィブリルを本質的に含まないか又は含まない。同様に、「ナノフィブリル化セルロース」という用語は、少なくとも部分的に一次フィブリル又は基本フィブリルに分解された複数の繊維に関するものであり、好ましくはナノフィブリル化セルロースは単離されたミクロフィブリルを本質的に含まないか又は含まない。本出願の意味において、その物質の量が本発明の根底にある基本的な概念から逸脱することなく一定の許容範囲内で変化し得る場合、材料は特定の物質を「本質的に」含まない。好ましくは、材料が、この材料の総乾燥重量に基づいて、10重量%未満、より好ましくは5重量%未満、最も好ましくは1重量%未満のその物質を含有する場合、材料は、特定の物質を「本質的に」含まない。
一実施形態では、多糖はホモ多糖であり、多糖が複数の同一の単糖単位から構成されることを意味する。そのような場合、本発明により得られる生成物は、膨化ホモ多糖系材料である。好ましくは、単糖は、グルコース及び/又はフルクトースから選択される。従って、適切なグルコース又はフルクトースホモ多糖の例は、デンプン、グリコーゲン、カロース、フィブリル化セルロースを除くセルロース及びイヌリンを含む。
特に好ましい(ホモ−)多糖はデンプンである。デンプンはグルコースのホモポリマーであり、アミロース及び分岐アミロペクチンの両方の形態で見出される植物の貯蔵多糖として使用される。本出願の意味において、「デンプン」という用語は、別段の断りがない限り、アミロースとアミロペクチンとの混合物を指す。
適切な多糖含有材料は穀類(cereals)である。従って、一実施形態では、多糖含有粉砕材料は粉砕穀類である。好ましい実施形態において、この穀類は、大麦、コーン(トウモロコシ)、オート麦、米、ライ麦、スペルト小麦、小麦、アマランス、キヌア、キビ又はそれらの混合物から選択される。穀類が多糖含有材料として使用される場合、原則として、粉砕された全粒及び粉砕された精製粒の両方を用いて、工程(a)の多糖含有粉砕材料を提供することが可能である。従って、一実施形態では、多糖含有粉砕材料は、粉砕された全粒穀類(ground whole grain cereals)又は粉砕された精製粒穀類(ground refined grain cereals)から選択される。好ましい実施形態では、多糖含有粉砕材料は、粉砕精製粒穀物である。
本発明の方法により得ることができる生成物は、膨化材料であり、これは、高温及び/又は急速な圧力低下を適用することによって多糖含有出発材料に埋め込まれた液体(例えば水)の蒸発によって引き起こされる膨張した多孔質又は泡沫構造を有することを意味する。本発明の目的のために、工程(a)で提供される出発材料の少なくとも一部は、押出助剤が多糖と接触していることを確実にするために、粉砕された材料である。
工程(a)において提供される粉砕材料は、原則として、任意の粉砕度を有していてもよく、すなわち、微粉砕又は粗粉砕され得る。一実施形態によれば、多糖含有粉砕材料は、グロート、セモリナ又は粉の形態で提供される。別の実施形態によれば、多糖含有粉砕材料は、粉の形態で提供される。従って、本発明の方法の好ましい実施形態は、多糖含有粉砕材料として穀類粉を使用する。
さらに、例えばジャガイモ粉、タピオカ粉、ナッツ粉又はそれらの混合物のような他の多糖源由来の非シリアル粉が使用されてもよい。ナッツ粉の例は、アーモンド、ココナツ、ヘーゼルナッツ、ピーカン及びマカダミアの粉又はそれらの混合物である。
別の好ましい実施形態によれば、多糖含有粉砕材料は、以下の適切な穀類:大麦、コーン(トウモロコシ)、オート麦、米、ライ麦、スペルト小麦、小麦、アマランス、キヌア、キビ又はそれらの混合物の、グロート、セモリナ又は粉から選択される。より好ましくは、多糖含有粉砕材料は、コーン(トウモロコシ)粉、小麦粉、ナッツ粉又はそれらの混合物である。
本発明のいくつかの実施形態では、工程(a)における出発材料の少なくとも一部が粉砕材料として提供されれば十分であり得る。従って、粉砕材料の混合物、例えば上記の粉のいずれか及び全粒を使用することも可能である。
工程(a)で提供される多糖含有粉砕材料は、水又は他の蒸発性液体を含有し得る。粉砕穀類又は他のデンプン含有粉砕材料を使用する場合、多糖含有粉砕材料は自然に水を含有する。いくつかの実施形態では、工程(a)で提供される多糖含有粉砕材料は、多糖含有粉砕材料の総重量に基づいて、0.05〜50重量%、好ましくは0.1〜40重量%、より好ましくは0.5〜30重量%、最も好ましくは1〜25重量%の量で水を含有する。
<(b)押出助剤>
本発明の方法の工程(b)で定義される押出助剤は、表面反応炭酸カルシウム(SRCC)である。表面反応炭酸カルシウムは、官能化炭酸カルシウム(FCC)とも呼ばれる。
表面反応炭酸カルシウムは、CO及び1つ以上のHイオン供与体で処理された粉砕天然炭酸カルシウム又は沈降炭酸カルシウムの反応生成物であり、且つここでこのCOは、Hイオン供与体処理によってインサイチュで形成される及び/又は外部供給源から供給される。
本発明の文脈におけるHイオン供与体は、ブレンステッド酸及び/又は酸性塩である。
本発明の好ましい実施形態によれば、表面反応炭酸カルシウムは、以下の工程:
(a)粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の懸濁液を提供する工程;
(b)工程(a)で提供される懸濁液に、20℃で0以下のpK値を有する又は20℃で0〜2.5のpK値を有する少なくとも1つの酸を添加する工程;及び
(c)工程(a)で提供される懸濁液を、工程(b)の前、工程(b)の間又は工程(b)の後に、COで処理する工程
を含む方法によって得られる。
別の実施形態によれば、表面反応炭酸カルシウムは、以下の工程:
(a)粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)を提供する工程;
(b)少なくとも1つの水溶性酸を提供する工程;
(c)ガス状のCOを提供する工程;及び
(d)工程(a)で提供されるこのGNCC又はPCC、工程(b)で提供される少なくとも1つの酸及び工程(c)で提供されるガス状COを接触させる工程;
を含む方法によって得られ、
(i)工程(b)で提供される少なくとも1つの酸が、その第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で2.5を超えて7以下のpKを有し、且つこの第1の利用可能な水素の損失時に、水溶性カルシウム塩を形成できる対応するアニオンが形成されること;及び(ii)工程(b)で提供される少なくとも1つの水溶性酸と工程(a)で提供されるGNCC又はPCCとを接触させた後、水素含有塩の場合、この第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で7を超えるpKを有し、その塩アニオンが水不溶性カルシウム塩を形成できる少なくとも1つの水溶性塩がさらに提供されることを特徴とする。
炭酸カルシウムの供給源、例えば「粉砕天然炭酸カルシウム」(GNCC)は、好ましくは、大理石、チョーク、石灰石及びそれらの混合物を含む群から選択される炭酸カルシウム含有鉱物から選択される。天然炭酸カルシウムは、天然成分、例えば炭酸マグネシウム、アルミノケイ酸塩などをさらに含んでいてもよい。
一般に、粉砕天然炭酸カルシウムの粉砕は乾式又は湿式粉砕方法において行われてもよく、いずれかの従来の粉砕デバイスを用いて、例えば、粉砕が、主として二次本体との衝突からもたらされるような条件下、すなわち、ボールミル、ロッドミル、振動ミル、ロールクラッシャー、遠心衝撃ミル、垂直ビーズミル、アトリションミル、ピンミル、ハンマーミル、粉砕機、シュレッダー、デ−クランパー、ナイフカッター、又は当業者に既知の他のこうした設備の1つ以上において、行われてもよい。粉砕天然炭酸カルシウムが湿式粉砕炭酸カルシウムを含む場合、粉砕工程は、自己粉砕が行われるような条件下で及び/又は水平ボールミル粉砕によって及び/又は当業者に既知の他のこのような方法によって行われてもよい。このようにして得られた湿式加工処理された粉砕天然炭酸カルシウムは、周知の方法、例えば乾燥前の、凝集、濾過又は強制蒸発、によって洗浄及び脱水されてもよい。乾燥の次の工程(必要により)は、噴霧乾燥のような単一工程で、又は少なくとも2つの工程で行われてもよい。また、このような鉱物材料が不純物を除去するための選鉱工程(浮選、漂白又は磁気分離工程など)を受けることも一般的である。
本発明の意味において「沈降炭酸カルシウム(PCC)」は、水性環境でのCO及び水酸化カルシウムの反応の後の沈澱、又はカルシウム及びカーボネートイオン、例えばCaCl及びNaCOの溶液からの沈澱によって一般に得られる合成された材料である。PCCを製造するさらなる可能な方法は、石灰ソーダ方法、又はPCCがアンモニア製造の副生成物であるソルベイ方法である。沈降炭酸カルシウムは、3つの主要な結晶形態:カルサイト、アラゴナイト及びバテライトで存在し、これらの結晶形態のそれぞれについて多くの異なる多形体(晶癖)がある。カルサイトは、偏三角面体形(scalenohedral)(S−PCC)、りょう面体形(R−PCC)、六方晶系角柱、卓面体、コロイド状(C−PCC)、立方体及び角柱状(P−PCC)のような典型的な晶癖を有する三方晶構造を有する。アラゴナイトは、双晶六方晶系角柱結晶の典型的な晶癖を有する斜方晶系構造であり、並びに薄く細長い角柱、湾曲ブレード状、急勾配のピラミッド状、チゼル形結晶、分岐樹木状及びサンゴ又は虫様形態の多様な分類を有する。バテライトは六方晶系に属する。得られたPCCスラリーは、機械的に脱水し、乾燥させることができる。
本発明の一実施形態によれば、沈降炭酸カルシウムは、好ましくはアラゴナイト、バテライト又はカルサイト鉱物結晶形態又はそれらの混合物を含む沈降炭酸カルシウムである。
沈降炭酸カルシウムは、天然炭酸カルシウムを粉砕するために使用されるのと同じ手段によって、上述のように、CO及び少なくとも1つのHイオン供与体で処理する前に粉砕されてもよい。
本発明の一実施形態によれば、天然又は沈降炭酸カルシウムは、0.05〜10.0μm、好ましくは0.2〜5.0μm、より好ましくは0.4〜3.0μm、最も好ましくは0.6〜1.2μm、特に0.7μmの重量メジアン粒径d50(重量)を有する粒子の形態である。本発明のさらなる実施形態によれば、天然又は沈降炭酸カルシウムは、0.15〜55μm、好ましくは1〜40μm、より好ましくは2〜25μm、最も好ましくは3〜15μm、特に4μmのトップカット粒径d98(重量)を有する粒子の形態である。
値dは、粒子のx%がd未満の直径を有する直径を表す。これは、d98値が、全粒子の98%がより小さい粒径であることを意味する。d98値はまた、「トップカット」と指定される。d値は、体積又は重量パーセントで与えられ得る。従って、d50(重量)値は「重量メジアン粒径」であり、すなわち全粒子の50重量%がこの粒径より小さく、d50(体積)値は「体積メジアン粒径」であり、すなわち全粒子の50体積%がこの粒径よりも小さい。
天然及び/又は沈降炭酸カルシウムは、乾燥又は水中に懸濁させて使用されてもよい。好ましくは、対応するスラリーは、スラリーの総重量に基づいて、1〜90重量%、より好ましくは3〜60重量%、さらにより好ましくは5〜40重量%、最も好ましくは10〜25重量%の範囲内の天然又は沈降炭酸カルシウム含量を有する。
表面反応炭酸カルシウムの調製に使用される1つ以上のHイオン供与体は、調製条件下でHイオンを生成する任意の強酸、中強酸又は弱酸、又はそれらの混合物であり得る。本発明によれば、少なくとも1つのHイオン供与体は、調製条件下でHイオンを生成する酸性塩であることもできる。
一実施形態によれば、少なくとも1つのHイオン供与体は、20℃で0以下のpKを有する強酸である。
別の実施形態によれば、少なくとも1つのHイオン供与体は、20℃で0〜2.5のpK値を有する中強酸である。20℃におけるpKが0以下である場合、酸は、好ましくは、硫酸、塩酸、又はそれらの混合物から選択される。20℃におけるpKが0〜2.5である場合、Hイオン供与体は、好ましくは、HSO、HPO、シュウ酸、又はそれらの混合物から選択される。少なくとも1つのHイオン供与体はまた、Li、Na又はKなどの対応するカチオンによって少なくとも部分的に中和された酸性塩、例えばHSO 又はHPO 、又はLi、Na、K、Mg2+又はCa2+のような対応するカチオンによって少なくとも部分的に中和されたHPO 2−であることができる。少なくとも1つのHイオン供与体はまた、1つ以上の酸と1つ以上の酸性塩との混合物であることもできる。
さらに別の実施形態によれば、少なくとも1つのHイオン供与体は、第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で測定される場合、2.5を超えて7以下のpK値を有し、対応するアニオンを有し、これが水溶性カルシウム塩を形成できる弱酸である。続いて、水素含有塩の場合には、第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で測定される場合に7を超えるpKを有し、その塩アニオンが水不溶性のカルシウム塩を形成できる少なくとも1つの水溶性塩がさらに提供される。より好ましい実施形態によれば、弱酸は、20℃で2.5を超えて5までのpK値を有し、より好ましくは、弱酸は、酢酸、ギ酸、プロパン酸及びそれらの混合物からなる群から選択される。この水溶性塩の例示的なカチオンは、カリウム、ナトリウム、リチウム及びそれらの混合物からなる群から選択される。より好ましい実施形態において、このカチオンはナトリウム又はカリウムである。この水溶性塩の例示的なアニオンは、リン酸イオン、リン酸二水素イオン、リン酸一水素イオン、シュウ酸イオン、ケイ酸イオン、それらの混合物及びそれらの水和物からなる群から選択される。より好ましい実施形態において、このアニオンは、リン酸イオン、リン酸二水素イオン、リン酸一水素イオン、それらの混合物及びそれらの水和物からなる群から選択される。最も好ましくは実施形態において、このアニオンは、リン酸二水素イオン、リン酸一水素イオン、それらの混合物及びそれらの水和物からなる群から選択される。水溶性塩の添加は、滴下又は一工程で行われてもよい。滴下添加の場合、この添加は好ましくは10分以内に行われる。一工程でこの塩を添加することがより好ましい。
本発明の一実施形態によれば、少なくとも1つのHイオン供与体は、塩酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、クエン酸、シュウ酸、酢酸、ギ酸及びそれらの混合物からなる群から選択される。好ましくは、少なくとも1つのHイオン供与体は、塩酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、シュウ酸、Li、Na又はKのような対応するカチオンによって少なくとも部分的に中和されたHPO 、Li、Na、K、Mg2+又はCa2+のような対応するカチオンによって少なくとも部分的に中和されたHPO 2−及びそれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくは少なくとも1つの酸は、塩酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、シュウ酸又はそれらの混合物からなる群から選択され、最も好ましくは少なくとも1つのHイオン供与体はリン酸である。
1つ以上のHイオン供与体は、濃縮溶液又はより希釈された溶液として懸濁液に添加することができる。好ましくは、Hイオン供与体対天然又は沈降炭酸カルシウムのモル比は0.01〜4、より好ましくは0.02〜2、さらにより好ましくは0.05〜1、最も好ましくは0.1〜0.58である。
代替として、天然又は沈降炭酸カルシウムが懸濁される前にHイオン供与体を水に添加することも可能である。
次の工程では、天然又は沈降炭酸カルシウムをCOで処理する。天然又は沈降炭酸カルシウムのHイオン供与体処理のために強酸、例えば硫酸又は塩酸を使用する場合、COが自動的に形成される。代替的又は追加的に、COは外部供給源から供給することができる。
イオン供与体処理及びCOによる処理は、同時に行うことができ、これは、強酸又は中強酸を使用する場合である。例えば20℃で0〜2.5の範囲のpKを有する中強酸を用いて、最初にHイオン供与体処理を行うことも可能であり、ここでCOがインサイチュで形成されるので、Hイオン供与体処理と同時にCO処理が自動的に行われ、続いて、外部供給源から供給されたCOによる追加処理が行われる。
好ましくは、懸濁液中のガス状COの濃度は、体積比で、比(懸濁液の体積):(ガス状COの体積)が1:0.05〜1:20、さらにより好ましくは1:0.05〜1:5となるような比である。
好ましい実施形態において、Hイオン供与体処理工程及び/又はCO処理工程は、少なくとも1回、より好ましくは数回繰り返される。一実施形態によれば、少なくとも1つのHイオン供与体は、少なくとも約5分、好ましくは少なくとも約10分、典型的には約10〜約20分、より好ましくは約30分、さらにより好ましくは約45分、時には約1時間以上の期間にわたって添加される。
イオン供与体処理及びCO処理に続いて、20℃で測定される場合に水性懸濁液のpHは、当然、6.0を超える、好ましくは6.5を超える、より好ましくは7.0を超える、さらにより好ましくは7.5を超える値に達するので、6.0を超える、好ましくは6.5を超える、より好ましくは7.0を超える、さらにより好ましくは7.5を超えるpHを有する水性懸濁液として表面反応した天然又は沈降炭酸カルシウムを調製する。
表面反応天然炭酸カルシウムの調製についてのさらなる詳細は、WO00/39222A1、WO2004/083316A1、WO2005/121257A2、WO2009/074492A1、EP2264108A1、EP2264109A1及びUS2004/0020410A1に開示され、これら参照文献の内容は、本特許出願に含まれる。
同様に、表面反応沈降炭酸カルシウムが得られ得る。WO2009/074492A1から詳細に理解されるように、表面反応沈降炭酸カルシウムは、沈降炭酸カルシウムを、Hイオン、及び水性媒体中で溶解し、且つ水不溶性カルシウム塩を形成できるアニオンと、水性媒体中で接触させて、表面反応沈降炭酸カルシウムのスラリーを形成することによって得られ、ここで、この表面反応沈降炭酸カルシウムは、沈降炭酸カルシウムの少なくとも一部の表面に形成されるこのアニオンの不溶性の少なくとも部分的に結晶性のカルシウム塩を含む。
上記可溶化されたカルシウムイオンは、Hイオンによる沈降炭酸カルシウムの溶解時に自然に生成される可溶化されたカルシウムイオンと比較して過剰の可溶化カルシウムイオンに相当し、このHイオンは、アニオンに対する対イオンの形態でのみ、すなわち、酸又は非カルシウム酸性塩の形態のアニオンの添加を介して、且つさらなるカルシウムイオン又はカルシウムイオン発生源の不存在下で提供される。
上記過剰の可溶化カルシウムイオンは、好ましくは、可溶性中性若しくは酸性カルシウム塩の添加によって、又は可溶性中性若しくは酸性カルシウム塩をインサイチュで生成する、酸又は中性若しくは酸性非カルシウム塩の添加によって提供される。
上記Hイオンは、酸若しくはアニオンの酸性塩の添加によって、又は上記過剰の可溶化カルシウムイオンのすべて若しくは一部を提供するのに同時に働く酸性塩若しくは酸の添加によって提供され得る。
表面反応天然又は沈降炭酸カルシウムの調製のさらに好ましい実施形態では、天然又は沈降炭酸カルシウムを、ケイ酸塩、シリカ、水酸化アルミニウム、アルカリ土類アルミン酸塩、例えばアルミン酸ナトリウム若しくはカリウム、酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム又はそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの化合物の存在下で、酸及び/又はCOと反応させる。好ましくは、少なくとも1つのケイ酸塩は、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、又はアルカリ土類金属ケイ酸塩から選択される。これらの成分は、酸及び/又はCOを添加する前に、天然又は沈降炭酸カルシウムを含む水性懸濁液に添加することができる。
代替的に、ケイ酸塩及び/又はシリカ及び/又は水酸化アルミニウム及び/又はアルカリ土類のアルミン酸塩及び/又は酸化マグネシウム成分を、天然又は沈降炭酸カルシウムの水性懸濁液に添加することができる一方で、天然又は沈降炭酸カルシウムと、酸及びCOとの反応は既に開始されている。少なくとも1つのケイ酸塩及び/又はシリカ及び/又は水酸化アルミニウム及び/又はアルカリ土類のアルミン酸塩成分の存在下で表面反応した天然又は沈降炭酸カルシウムの調製に関するさらなる詳細は、WO2004/083316A1に開示され、この参考文献の内容は、本出願に含まれる。
表面反応炭酸カルシウムは懸濁液中に保つことができ、任意選択的に分散剤によりさらに安定化することができる。当業者に既知の従来の分散剤を使用することができる。好ましい分散剤は、ポリアクリル酸及び/又はカルボキシメチルセルロースを含む。
代替的に、上記で記載された水性懸濁液を乾燥させ、それにより、固体(すなわち、乾燥しているか、又は流体形態でない程に水をほとんど含有しない)表面反応天然又は沈降炭酸カルシウムを顆粒又は粉末の形態で得ることができる。
表面反応炭酸カルシウムは、例えば、バラ、ゴルフボール及び/又は脳の形状など、異なる粒子形状を有していてもよい。
好ましい実施形態では、押出助剤は、ISO 9277:1995に準拠する窒素及びBET法により測定される場合、15〜200m/g、好ましくは27〜180m/g、より好ましくは30〜160m/g、さらにより好ましくは45〜150m/g、最も好ましくは48〜140m/gの比表面積を有する。さらなる実施形態では、押出助剤は、ISO 9277:1995に準拠する窒素及びBET方法を用いて測定される場合、120m/g以下、より好ましくは60〜120m/g、最も好ましくは70〜105m/gの比表面積を有する。例えば、押出助剤は、ISO 9277:1995に準拠する窒素及びBET方法を用いて測定される場合、75〜100m/gの比表面積を有していてもよい。
さらに、押出助剤が、1〜75μm、好ましくは2〜50μm、より好ましくは3〜40μm、さらにより好ましくは4〜30μm、最も好ましくは5〜15μmの体積メジアン粒径d50(体積)を有することが好ましい。別の好ましい実施形態によれば、押出助剤は、1.5〜12μm、好ましくは2〜5μm又は6〜10μmの体積メジアン粒径d50(体積)を有する。
さらに、押出助剤は、2〜150μm、好ましくは4〜100μm、より好ましくは6〜80μm、さらにより好ましくは8〜60μm、最も好ましくは10〜30μmの粒径d98(体積)を有することが好ましい場合がある。別の好ましい実施形態によれば、押出助剤は、5〜20μm、好ましくは8〜12μm又は13〜18μmの体積粒径d98(体積)を有する。
従って、特に好ましい実施形態によれば、押出助剤は、(i)1.5〜12μm、好ましくは2〜5μm又は6〜10μmの体積メジアン粒径d50(体積);及び/又は(ii)5〜20μm、好ましくは8〜12μm又は13〜18μmの体積粒径d98(体積)を有する表面反応粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)である。別の特に好ましい実施形態によれば、押出助剤は:(i)1.5〜12μm、好ましくは2〜5μm又は6〜10μmの体積メジアン粒径d50(体積);及び/又は(ii)5〜20μm、好ましくは8〜12μm又は13〜18μmの体積粒径d98(体積);及び/又は(iii)ISO 9277:1995に準拠する窒素及びBET方法を用いて測定される場合、120m/g以下、より好ましくは60〜120m/g、最も好ましくは70〜105m/gの比表面積を有する表面反応粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)である。前述の実施形態では、多糖含有粉砕材料が、以下の適切な穀類:大麦、コーン(トウモロコシ)、オート麦、米、ライ麦、スペルト小麦及び小麦の、グロート、セモリナ又は粉、好ましくはコーン(トウモロコシ)粉又は小麦粉から選択されることがさらに好ましい場合がある。
フィラー及び顔料の粒子寸法を決定するために使用される方法及び装置は、当業者には一般的に知られており、実験の項でより詳細に記載されている。
別の好ましい実施形態によれば、押出助剤は、水銀ポロシメトリー測定値から計算される場合、0.1〜2.3cm/g、より好ましくは0.2〜2.0cm/g、特に好ましくは0.4〜1.8cm/g、最も好ましくは0.6〜1.6cm/gの範囲内の粒子内圧入比細孔容積を有する。
押出助剤の粒子内孔径は、水銀ポロシメトリー測定により決定される場合、好ましくは0.004〜1.6μmの範囲内、より好ましくは0.005〜1.3μmの範囲内、特に好ましくは0.006〜1.15μm、最も好ましくは0.007〜1.0μm、例えば0.004〜0.50μmである。
比細孔容積は、Micromeritics Autopore V 9620水銀ポロシメータを用いた水銀圧入ポロシメトリー測定を用いて測定することができる。
累積圧入データに見られる総細孔容積は2つの領域に分離することができ、214μmから、約1乃至4μmまでの圧入データは、強く寄与する任意の凝集塊構造間でのサンプルの粗充填を示す。これらの直径未満では、粒子自体の微細な粒子間充填が存在する。それらがまた粒子内細孔も有する場合、この領域は双峰性を示し、モード転換点より微細な細孔、すなわち双峰性変曲点よりも微細な細孔へ水銀圧入された比細孔容積を得ることにより、比粒子内細孔容積を定義する。これらの3つの領域の合計は、粉末の全細孔容積を与えるが、その分布の粗い細孔端における粉末の元のサンプル圧縮/沈降に強く依存する。
累積圧入曲線の一次導関数を得ることによって、必然的に細孔遮蔽を含む等価なラプラス直径に基づく細孔径分布が明らかになる。微分曲線は、粗い凝集塊の細孔構造領域、粒子間の細孔領域及び存在する場合粒子内細孔領域を明らかに示す。粒子内細孔直径範囲を知ることにより、総細孔容積から残りの粒子間及び凝集塊間細孔容積を差し引いて、単位質量あたりの細孔容積(比細孔容積)に関して内部細孔のみの所望の細孔容積を得ることが可能である。当然のことながら、同じ減算の原理は、対象とする他の細孔径領域のいずれかを単離するために適用される。
<(c)混合>
本発明に従う方法の工程(c)において、工程(a)で提供される多糖含有粉砕材料及び工程(b)で提供される押出助剤を組み合わせて押出可能な混合物を得る。上記で示すように、本発明によれば、工程(a)で提供される多糖含有粉砕材料は、フィブリル化セルロース含有材料を除外する。
原則として、工程(c)の混合物を調製する2つの方法、すなわち押出機への別々のフィード及び予備混合が存在する。
第1の実施形態によれば、工程(a)で提供される多糖含有粉砕材料及び工程(b)で提供される押出助剤は、押出機入口に別々にフィードされ、これは、多糖含有粉砕材料及び押出助剤を含む工程(c)の原料混合物が押出機内で形成されることを意味する。
好ましい実施形態によれば、工程(a)で提供される多糖含有粉砕材料及び工程(b)で提供される押出助剤を予備混合して工程(c)の混合物を得、次いでこれを押出機入口にフィードする。この目的のために、当該技術分野で既知の任意の適切な混合装置、例えば螺旋ニーダ又はプラウシェアミキサを使用してもよい。
さらに別の実施形態によれば、別々のフィード及び予備混合の組み合わせを使用して、多糖含有粉砕材料及び押出助剤を含む工程(c)の混合物を得てもよい。
本発明による典型的な方法において、乾燥重量基準で工程(c)で得られる混合物の主成分は、多糖含有粉砕材料である。一実施形態では、工程(c)で得られる混合物は、この混合物の総乾燥重量に基づいて、少なくとも70重量%、好ましくは少なくとも80重量%、最も好ましくは少なくとも85重量%の多糖含有粉砕材料を含む。別の実施形態によれば、工程(c)で得られる混合物は、この混合物の総乾燥重量に基づいて、60〜99.5重量%、より好ましくは70〜98.5重量%、最も好ましくは75〜98重量%の多糖含有粉砕材料を含む。
工程(c)の原料混合物中の第2の重要な成分は、表面反応炭酸カルシウムである押出助剤である。本発明の一実施形態によれば、工程(c)で得られる混合物は、この混合物の総乾燥重量に基づいて、0.01〜10重量%、好ましくは0.05〜5重量%、より好ましくは0.1〜2重量%、最も好ましくは0.2〜1.8重量%の工程(b)で提供されるこの押出助剤を含む。本発明の別の実施形態によれば、工程(c)で得られる混合物は、この混合物の総乾燥重量に基づいて、0.3〜0.7重量%又は1.2〜2.2重量%の工程(b)で提供される押出助剤を含む。好ましくは、前述の実施形態の押出助剤は:(i)1.5〜12μm、好ましくは2〜5μm又は6〜10μmの体積メジアン粒径d50(体積);及び/又は(ii)5〜20μm、好ましくは8〜12μm又は13〜18μmの体積粒径d98(体積);及び/又は(iii)ISO 9277:1995に準拠する窒素及びBET方法を用いて測定される場合、120m/g以下、より好ましくは60〜120m/g、最も好ましくは70〜105m/gの比表面積を有する表面反応粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)である。
工程(c)で得られる混合物は、工程(a)で提供される多糖含有粉砕材料及び工程(b)で提供される押出助剤に加えて、1つ以上の適切な添加剤、例えばフィラー、分散剤、潤滑剤、発酵剤、核形成剤、着色剤、ビタミン、酸化防止剤、脂肪、微量栄養素、又は風味料を含有してもよい。いくつかの好ましい添加剤については後述する。
一実施形態では、工程(c)で得られる混合物は、この混合物の総乾燥重量に基づいて、好ましくは0.01〜15重量%、より好ましくは0.1〜10重量%、最も好ましくは0.2〜5重量%の量で、添加水をさらに含む。工程(c)で得られる混合物中の水の総量は、工程(a)で提供される多糖含有粉砕材料及び工程(b)で提供される押出助剤の両方が既に水を含有する可能性があるので、添加水量よりも高くてもよいことに留意すべきである。故に、好ましい実施態様では、工程(c)で得られる混合物の総水含量は、この混合物の総重量に基づいて、0.5〜70重量%、好ましくは1〜50重量%、より好ましくは2〜40重量%、最も好ましくは5〜30重量%に調整される。
本発明の別の実施形態によれば、工程(c)で得られる混合物は、この混合物の総乾燥重量に基づいて、好ましくは0.1〜30重量%、より好ましくは0.5〜20重量%、最も好ましくは1〜15重量%の量で、添加全粒穀物をさらに含む。
本発明のさらに別の実施形態によれば、工程(c)で得られる混合物は、この混合物の総乾燥重量に基づいて、好ましくは0.01〜20重量%、より好ましくは0.1〜10重量%、最も好ましくは0.2〜5重量%の量で、添加スクロースをさらに含む。
本発明のさらに別の実施形態によれば、工程(c)で得られる混合物は、この混合物の総乾燥重量に基づいて、好ましくは0.001〜5重量%、より好ましくは0.01〜2重量%、最も好ましくは0.1〜1重量%の量で、塩化ナトリウムをさらに含む。
工程(c)で得られる混合物は、非修飾のGNCC又はPCC添加剤、すなわち表面反応していない炭酸カルシウムも含有してもよい。さらに、添加非修飾GNCC又はPCCが硬化剤として働き得、包装材料として使用される場合には押出物に正の影響を与え得る。従って、別の好ましい実施形態によれば、工程(c)で得られる混合物は、この混合物の総乾燥重量に基づいて、0.01〜10重量%、好ましくは0.05〜5重量%、より好ましくは0.1〜2重量%、最も好ましくは0.2〜1.8重量%の非修飾GNCC又はPCCを含む。好ましくは、この非修飾GNCC又はPCCは、食品グレードのGNCC又はPCCである。
本発明の好ましい実施形態によれば、非修飾粉砕天然又は沈降炭酸カルシウムは、0.05〜10.0μm、好ましくは0.2〜5.0μm、より好ましくは0.4〜3.0μm、最も好ましくは0.6〜1.2μm、特に0.7μmの重量メジアン粒径d50(重量)を有する粒子の形態である。本発明のさらなる実施形態によれば、非修飾粉砕天然又は沈降炭酸カルシウムは、0.15〜55μm、好ましくは1〜40μm、より好ましくは2〜25μm、最も好ましくは3〜15μm、特に4μmのトップカット粒径d98(重量)を有する粒子の形態である。
さらに、工程(c)で得られる混合物は、添加変性デンプン及び/又はフィブリル化セルロースを除くセルロースを含有してもよく、これは例えば、安定剤、分散剤、増粘剤又はテクスチャ調整剤として役立ち得る。従って、本発明に従う一実施形態では、工程(c)で得られる混合物は、この混合物の総乾燥重量に基づいて、好ましくは0.01〜20重量%、より好ましくは0.1〜10重量%、好ましくは0.2〜5重量%の量で添加変性デンプンを含有する。
原則として、上記の添加剤を工程(c)の混合物と組み合わせるために2つの方法、すなわち押出機への別々のフィード及び予備混合がまた存在する。
第1の実施形態によれば、添加剤は押出機入口に別々にフィードされ、これは、多糖含有粉砕材料、押出助剤及びさらなる添加剤を含む工程(c)の原料混合物が押出機内で形成されることを意味する。添加剤の側部フィードも適用されてもよい。
好ましい実施形態によれば、工程(a)で提供される多糖含有粉砕材料、工程(b)で提供される押出助剤及びさらなる添加剤を予備混合して工程(c)の混合物を得、次いでこれを押出機入口にフィードする。適切な混合方法は、上記で記載されたものと同じである。
さらに別の実施形態によれば、別々のフィード及び予備混合の組み合わせを使用して、多糖含有粉砕材料、押出助剤及びさらなる添加剤を含む工程(c)の混合物を得てもよい。
<(d)膨化>
本発明に従う方法の工程(d)では、工程(c)で得られる混合物を押出機により膨化させて、膨化多糖系押出物を得る。
既に上で定義したように、本発明の意味における膨化材料は、適切な出発配合物の多孔質膨張によって得られる多孔質又は泡沫構造の骨格構造を提供する。好ましくは、膨張は、高温及び/又は急速な圧力低下を用いてこの出発配合物に埋め込まれた液体(例えば水)の蒸発によって達成される。
現在説明されている本発明の方法では、押出機を用いて、工程(c)で得られる混合物を膨化材料に変換する。この目的のために、任意の既知の押出機タイプが使用されてもよい。従って、押出機は、単軸又は二軸スクリュー押出機であってもよい。好ましい実施形態では、押出機は二軸スクリュー押出機、最も好ましくは同方向回転二軸スクリュー押出機である。
押出機は、様々な構成を有していてもよい。本発明の一実施形態によれば、押出機は35〜55mm、好ましくは40〜50mm、例えば44mmの範囲のスクリュー直径を有する。
より好ましい実施形態では、押出機は、以下のスクリュー構成を有する同方向回転二軸スクリューを用いて60〜450rpmのスクリュー速度で操作される。記号「/」及び「\」は、スクリューエレメントの搬送方向及び数を示すために使用される。
Figure 2019527542
前述の実施形態では、フィーダゾーンは、DNDL66/R66の3つのエレメントとDNDL44/R44の1つのエレメントからなり、混合ゾーンはDNDL P45−4/L20の2つのエレメントからなり、搬送ゾーンはDNDL66/R66の1つのエレメントからなり、圧力ゾーンはDNDL44/R44eの6つのエレメントからなり、温度ゾーンはDNDL33/R33の4つのエレメントからなり、剪断ゾーンは6つのエレメント:DNDL44/L14.7の1つのエレメント、DNDL44/R14.7の1つのエレメント、DNDL44/L14.7の1つのエレメント及びDNDL33/L33の3つのエレメントからなる。
押出物の特性はまた、水分、温度又は圧力などの方法パラメータによって影響され得る。
従って、本発明の方法の一実施形態において、工程(d)は、工程(c)で得られる混合物が、100℃〜150℃、好ましくは105℃〜140℃、より好ましくは110℃〜135℃、最も好ましくは115℃〜130℃の温度に加熱されることを特徴とする。
本発明の方法の別の実施形態によれば、工程(d)は、押出機が0.5MPa、好ましくは2.5MPa、より好ましくは3.5MPa、さらにより好ましくは5MPa、さらにより好ましくは5.5MPa、最も好ましくは6MPaの最小圧力で作動することを特徴とする。追加的に又は代替的に、押出機は、10MPa、好ましくは8MPa、より好ましくは7.5MPa、さらにより好ましくは6MPa、最も好ましくは5MPaの最大圧力で作動する。
別の実施形態によれば、押出機出口で使用される適切なダイ形態及びダイの組み合わせは、(カッコ内は穴直径):2×1穴ダイ(3.3mm)、2×1穴ダイ(5.0mm)、2×6穴ダイ(3.0mm)、2×10穴ダイ(2.0mm)、2×12穴ダイ(1.0mm)、1×2穴ダイ(3.0mm)、1×2穴ダイ(星形)、1×2穴ダイ(チューブ、3.0及び2.0mm)を含む。好ましいダイ形態及び組み合わせは、2×1穴ダイ(3.3mm)及び1×2穴ダイ(3.0mm)から選択される。
前述の方法パラメータ及び構成のいずれかと組み合わせて、ダイの断面積は2〜100mm、より好ましくは5〜50mm、最も好ましくは10〜20mmの範囲であり得る。
故に、原則的に、工程(d)で得られる膨化多糖系押出物は、押出機の構成(ダイの形態、切断デバイス、トルク、ブレードの速度など)に応じて想定できる任意の形状(チップ、フレーク、球体、シリンダなど)を有していてもよい。
<(e)膨化多糖系材料>
本発明の方法により得ることができる生成物は、フィブリル化セルロース含有材料(すなわち、ミクロフィブリル化セルロースを含有する材料、ナノフィブリル化セルロースを含有する材料、ナノ結晶セルロースを含有する材料及び/又はノイル若しくはクリルと称される分画セルロース材料)を除いた膨化多糖系材料であり、これは、フィブリル化セルロースを含有するものを除く多糖含有材料から製造されることを意味する。
上に示したように、膨化という用語は、対応する出発材料が、好ましくは高温及び/又は急速な圧力低下を用いてこの出発材料に埋め込まれた液体(例えば水)の蒸発によって達成される膨張段階に供されていることを示す。この場合、エクストルージョンクッキングが適用される。
通常、出発材料は、膨張工程の間に全く又はほとんど化学的変換を受けないので、好ましい実施形態によれば、本発明により得ることができる膨化多糖系材料は膨化多糖含有材料である。従って、本発明の方法に従って得ることができる生成物は、少なくとも1つの多糖(フィブリル化セルロースを除く)、少なくとも1つの押出助剤及び任意選択的にフィラー、分散剤、潤滑剤、発酵剤、核形成剤、着色剤、風味料などから選択される1つ以上の添加剤を含有する。
本発明の別の実施形態によれば、本発明の方法に従って得ることができる生成物は、この生成物の総乾燥重量に基づいて、好ましくは0.1〜30重量%、より好ましくは0.5〜20重量%、最も好ましくは1〜15重量%の量で、全粒穀物をさらに含む。
本発明のさらに別の実施形態によれば、本発明の方法に従って得ることができる生成物は、この生成物の総乾燥重量に基づいて、好ましくは0.01〜20重量%、より好ましくは0.1〜10重量%、最も好ましくは0.2〜5重量%の量で、スクロースをさらに含む。
本発明のさらに別の実施形態によれば、本発明の方法に従って得ることができる生成物は、この生成物の総乾燥重量に基づいて、好ましくは0.001〜5重量%、より好ましくは0.01〜2重量%、最も好ましくは0.1〜1重量%の量で、塩化ナトリウムをさらに含む。
本発明の方法に従って得ることができる生成物は、非修飾GNCC又はPCCを含有してもよい。従って、別の好ましい実施形態によれば、工程(c)で得られる混合物は、この生成物の総乾燥重量に基づいて、0.01〜10重量%、好ましくは0.05〜5重量%、より好ましくは0.1〜2重量%、最も好ましくは0.2〜1.8重量%の非修飾GNCC又はPCCを含む。好ましくは、この非修飾GNCC又はPCCは、食品グレードのGNCC又はPCCである。
本発明による膨化多糖系材料は、従来のエクストルージョンクッキングされた膨化材料、例えば押出助剤を用いずに、又は非修飾GNCC若しくはPCCを用いて調製された材料と比較して、改善された特性を提供する。
例えば、本発明の膨化エクストルージョンクッキングされた材料は、より低い密度に関連する増加した膨張指数を提供する。好ましい実施形態によれば、膨化多糖系材料は、5〜30、好ましくは8〜25、より好ましくは10〜20、最も好ましくは12〜18の膨張指数Fを提供する。
別の実施形態によれば、膨化多糖系材料は、10個のブレードを有するKramer剪断セルを装備したStable Micro SystemsからのTA.HDplus Texture Analyserで測定される場合、25〜50N、好ましくは30〜48N、より好ましくは32〜45N、最も好ましくは35〜40Nのクリスプ性を提供する。
増加した膨張指数及び改善されたクリスプ性の観点から、対応する食品の口当たりも改善される。従って、さらなる実施形態によれば、本方法は、工程(d)で得られる膨化多糖系押出物を:
(i)人間消費用食品、好ましくは朝食用シリアル及び/又はスナックに;又は
(ii)動物消費用食品、好ましくはペットフード、より好ましくはフィッシュフード、バードフード、ドッグフード及び/又はキャットフードに
加工処理する工程(e)を含む。
動物消費用食品には、畜牛、乳牛、馬、豚肉、家禽食物などの家畜用食品がさらに含まれ得る。
前述の実施形態の典型的な加工処理工程には、揚げること並びに着色剤又は風味料の添加が含まれる。
しかし、膨張指数の増加は口当たりの改善だけでなく密度の低下に関連するので、膨化多糖系材料はまた、例えば、チップ、フレーク、球体、シリンダなどの形態で包装材料として使用される又は包装材料に加工処理され得る。従って、別の実施形態によれば、本発明の方法は、工程(d)で得られる膨化多糖系押出物を包装材料に加工処理する工程(e)を含む。本発明に従う包装材料は生分解性であってもよい。
本発明に従う膨化多糖系材料に含まれる押出助剤はカルシウム塩であり、従って食物目的のためのカルシウム源としても役立つ可能性があることは注目に値する。
押出物の直径(スナック) 押出物の直径(シリアル) 膨張指数(スナック) 膨張指数(シリアル) クリスプ性(スナック) 押出物の写真(標準シリアル) 押出物の写真(0.5%のSRCC2で調製したシリアル) 押出物の断面の双眼実体顕微鏡(SM)画像(標準スナック) 押出物の断面の双眼実体顕微鏡(SM)画像(0.5%のSRCC3で調製したシリアル)
本発明の範囲及び趣旨は、本発明の実施形態を例示することを意図した以下の実施例に基づいてさらに深く理解され得る。しかし、これらは、いかなる様式においても、どんなものであっても特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではない。
<(a)測定方法>
以下では、本出願で定義され、以下の実施例で使用されるパラメータの測定方法が記載される。
<粒径分布>
Malvern Mastersizer 2000 Laser Diffraction System(Malvern Instruments Plc.,Great Britain)を用いて、体積で決定されたメジアン粒径d50(体積)及び体積で決定されたトップカット粒径d98(体積)を評価した。測定によって得られた生データを、特定の屈折率を用いずにフラウンホーファー理論を用いて、吸収指数0.005で分析した。この方法及び機器は、当業者に既知であり、フィラー及び顔料の粒径分布を決定するために一般に使用される。
<粒径分布>
重量で決定されたメジアン粒径d50(重量)は、沈降法によって測定され、これは、重力場における沈降挙動の分析である。測定は、Micromeritics Instrument Corporation,USAのSedigraph(商標)5120を用いて行った。この方法及び装置は当業者に既知であり、フィラー及び顔料の粒径分布を決定するために一般に使用される。測定は、0.1重量%Naの水溶液中で行われた。サンプルを高速度撹拌機を用いて分散させ、超音波処理した。
<比表面積(SSA)>
比表面積は、250℃で30分の期間加熱することによりサンプルを調整後、窒素を使用するISO9277:1995に従ったBET法により、測定した。このような測定の前に、サンプルをブフナー漏斗内で濾過し、脱イオン水ですすぎ、オーブン中で90〜100℃で一晩乾燥させた。続いて、乾燥ケークを乳鉢で十分に粉砕し、得られた粉末を一定重量に達するまで130℃でモイスチャバランスにおいた。
<粒子内圧入比細孔容積(cm/g単位)>
比細孔容積は、ラプラススロート直径0.004μmに等しい水銀414MPa(60000psi)の最大印加圧力を有するMicromeritics Autopore V 9620水銀ポロシメータを使用する水銀圧入ポロシメトリー測定を用いて測定した。各圧力工程で使用される平衡時間は20秒であった。サンプル材料を、分析のために5cmチャンバ粉末ペネトロメータに密封した。データは、ソフトウェアPore−Compを用いて、水銀圧縮、ペネトロメータ拡張及びサンプル材料圧縮について補正した(Gane,P.A.C.,Kettle,J.P.,Matthews,G.P.and Ridgway,C.J.,「Void Space Structure of Compressible Polymer Spheres and Consolidated Calcium Carbonate Paper−Coating Formulations」,Industrial and Engineering Chemistry Research,35(5),1996,pp.1753−1764)。
<膨張指数>
膨張指数Fは、押出機の出口を通過した後の押出物の断面膨張を表す尺度である。本明細書で使用される膨張指数は以下のように定義される:
F=(D/D
式中、Dは押出物の直径を示し、Dは押出機の出口でのノズルの直径又はダイの対応する穴の直径を示す。押出物の直径は、キャリパーを用いて測定した。従って、高い膨張指数は、押出物のより高い気孔性及びより低い密度を示す。
<クリスプ性(TA.HDplus Texture Analyser)>
等しく規定された部分が得られるようにサンプルを計量する。その量は、Kramer剪断セルの少なくとも半分が容積測定で充填されるような量でなければならない。Kramer剪断セルは、サンプル上での1回の咬合をシミュレートし、従って咬合挙動、クリスプ性及び稠度に関する情報を提供する。10個のブレードは、サンプルを一定速度で移動させ、溝付きベースプレートを通してサンプルを圧縮し、剪断し、押し出す。同時に複数のブレードの測定により、局所構造差を平準化するために、サンプルの異なる場所(ニュートンでの抵抗)で測定される。測定パラメータは以下の表に記載される。
Figure 2019527542
<(b)押出助剤>
以下の鉱物材料は、押出助剤又は対応する参照材料として使用される。
<表面反応炭酸カルシウム1(SRCC1)>
SRCC1は、d50(体積)=6.6μm、d98(体積)=15.1μm、SSA=144m/g、粒子内圧入比細孔容積0.811cm/g(細孔直径範囲が0.004〜0.23μm)を有していた。
SRCC1は、沈降法によって決定される場合に2μm未満の90%の質量基準のメジアン粒径分布を有するHustadmarmor,Norwayからの粉砕大理石炭酸カルシウムの固形分含量を、水性懸濁液の総重量に基づいて16重量%の固形分含量が得られるように調整することによって、混合容器中で粉砕炭酸カルシウムの水性懸濁液450リットルを調製することによって得られた。
スラリーを混合しながら、リン酸30重量%を含有する水溶液の形態で47.1kgのリン酸を、70℃の温度で15分間にわたってこの懸濁液に添加した。酸を添加した後、スラリーをさらに5分間撹拌した後、容器から取り出し、乾燥させた。
<表面反応炭酸カルシウム2(SRCC2)>
SRCC2は、d50(体積)=2.98μm、d98(体積)=10.64μm、SSA=97.55m/g、粒子内圧入比細孔容積0.723cm/g(細孔直径範囲が0.004〜0.18μm)を有していた。
SRCC2は、沈降法によって決定される場合に1μm未満の90%の質量基準のメジアン粒径分布を有するOmya SAS,Orgonからの粉砕石灰岩炭酸カルシウムの固形分含量を、水性懸濁液の総重量に基づいて10重量%の固形分含量が得られるように調整することによって、混合容器中で粉砕炭酸カルシウムの水性懸濁液10リットルを調製することによって得られた。
スラリーを混合する間に、2.7kgのリン酸を20重量%のリン酸を含有する水溶液の形態で70℃の温度で44分間にわたって懸濁液に添加した。酸を添加した後、スラリーをさらに5分間撹拌した後、容器から取り出し、乾燥させた。
<表面反応炭酸カルシウム3(SRCC3)>
SRCC3は、d50(体積)=6.13μm、d98(体積)=15μm、SSA=55.5m/g、粒子内圧入比細孔容積0.739cm/g(細孔直径範囲が0.004〜0.41μm)を有していた。
出発材料:石灰石
炭酸カルシウム懸濁液は、20Lのステンレススチール反応器において、水及びd50(重量)が3μm(ここで33重量%の粒子が2μm未満の直径を有する。)の非分散石灰石(水中で湿潤条件下で粉砕され、任意選択的に食品認可の分散又は粉砕助剤、例えばモノプロピレングリコール(MPG)の存在下で)を添加することによって調製され、得られた水性懸濁液が総懸濁液重量に対して乾燥重量で16重量%に相当する固形分含量を有するようにする。その後、この懸濁液の温度を70℃に上げ、70℃に維持する。本質的な層流が確立されるように約1000rpmで撹拌しながら、30%溶液の形態のリン酸を、別の漏斗を介して炭酸カルシウム懸濁液に、10分間かけて乾燥炭酸カルシウム重量にて30重量%に対応する量で添加する。この添加後、懸濁液をさらに5分間撹拌する。得られた懸濁液を一晩沈降させ、SRCCの比表面積は36m/g、d50(体積)は9.3μm(Malvern)、d98(体積)は23.5μm(Malvern)であった。
出発材料:大理石
炭酸カルシウム懸濁液は、20Lのステンレススチール反応器において、水及びd50(重量)が3.5μm(ここで33重量%の粒子が2μm未満の直径を有する。)の非分散大理石(水中で湿潤条件下で粉砕され、任意選択的に食品認可の分散又は粉砕助剤、例えばモノプロピレングリコール(MPG)の存在下で)を添加することによって調製され、得られた水性懸濁液が総懸濁液重量に対して乾燥重量で16重量%に相当する固形分含量を有するようにする。その後、この懸濁液の温度を70℃に上げ、70℃に維持する。本質的な層流が確立されるように約1000rpmで撹拌しながら、30%溶液の形態のリン酸を、別の漏斗を介して炭酸カルシウム懸濁液に、10分間かけて乾燥炭酸カルシウム重量にて30重量%に対応する量で添加する。この添加後、懸濁液をさらに5分間撹拌する。得られた懸濁液を一晩沈降させ、SRCCの比表面積は46m/g、d50(体積)は9.5μm(Malvern)、d98(体積)は18.9μm(Malvern)であった。
出発材料:大理石
炭酸カルシウム懸濁液は、20Lのステンレススチール反応器において、水及びd50(重量)が2μmの非分散大理石(水中で湿潤条件下で粉砕され、任意選択的に食品認可の分散又は粉砕助剤、例えばモノプロピレングリコール(MPG)の存在下で)を添加することによって調製され、得られた水性懸濁液が総懸濁液重量に対して乾燥重量で16重量%に相当する固形分含量を有するようにする。その後、この懸濁液の温度を70℃に上げ、70℃に維持する。本質的な層流が確立されるように約1000rpmで撹拌しながら、30%溶液の形態のリン酸を、別の漏斗を介して炭酸カルシウム懸濁液に、10分間かけて乾燥炭酸カルシウム重量にて50重量%に対応する量で添加する。この添加後、懸濁液をさらに5分間撹拌する。得られた懸濁液を一晩沈降させ、SRCCの比表面積は71m/g、d50(体積)は10.6μm(Malvern)及びd98(体積)は21.8μm(Malvern)であった。
<粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC1)>
GNCC1は、Omya International AG,Switzerlandから市販されている食品グレードの高純度天然炭酸カルシウムであり、d50(重量)=5.5μmであった。
<(c)実施例:スナック及びシリアル押出>
以下の実施例の目的のために、市販の標準コーン粉をBako eG,Germanyから購入した。Roland Mehl Typ 550及びGruner Roland Typ 1050は小麦穀類として使用され、Bremer Rolandmuhle Erling GmbH & Co.KG,Germanyから購入した。
<(i)機器>
以下の部品を有するBuhler AG,Uzwil,Switzerlandからの二軸スクリュー押出機DNDL−44:
ハウジング:
・ハウジング数:5(4 D=0.176m)
・ハウジングは別々に、又は接続可能に加熱可能又は冷却可能
・加熱媒体:蒸気
・冷却媒体:水
・処理長さ:20 D(1 D=0.044m)
スクリュー:
・二軸スクリュー
・同じ方向に回転するウォームギヤ軸
・二軸スクリュー直径:44mm
・二軸スクリュー長さ(カップリングなし):0.88m(20 Dに相当)
・スクリュー速度:60〜450rpm
・標準スクリュー構成:
Figure 2019527542
フィーダゾーンは、DNDL66/R66の3つのエレメントとDNDL44/R44の1つのエレメントからなり、混合ゾーンはDNDL P45−4/L20の2つのエレメントからなり、搬送ゾーンはDNDL66/R66の1つのエレメントからなり、圧力ゾーンはDNDL44/R44eの6つのエレメントからなり、温度ゾーンはDNDL33/R33の4つのエレメントからなり、剪断ゾーンは6つのエレメント:DNDL44/L14.7の1つのエレメント、DNDL44/R14.7の1つのエレメント、DNDL44/L14.7の1つのエレメント及びDNDL33/L33の3つのエレメントからなった。
切断デバイス:
・可動式
・4個のブレードを有するカッターヘッド
押出ダイ:
Figure 2019527542
フィード(生成物フィード):
・二軸スクリューフィードデバイス
・容量測定フィード(容器付計量ユニット)
<(ii)方法及び生成物パラメータ:スナック>
・生成物:スナック
・最終スクリュー:コーン型
・ダイ:1×2穴(直径3:mm)
・レシピ:
Figure 2019527542
・方法パラメータ:
Figure 2019527542
Figure 2019527542
<(iii)方法及び生成物パラメータ:シリアル>
・生成物:シリアル
・最終スクリュー:コーン型
・ダイ:1×2穴(直径3mm)
・レシピ:
Figure 2019527542
・方法パラメータ:
Figure 2019527542
Figure 2019527542
<(d)結果>
図1〜5は、押出物の直径(図1:スナック、図2:シリアル)、膨張指数(図3:スナック、図4:シリアル)及びスナックのクリスプ性(図5)の結果を示す。
図6及び7は、標準的なシリアル(図6)及び0.5%SRCC2の存在下で調製されたシリアル(図7)の写真を示す。
図8及び9は、標準スナック(図8)及びSRCC3−0.5%の存在下で調製されたスナック(図9)の断面の双眼実体顕微鏡(SM)画像を示す。画像は、Leica MZ16A双眼実体顕微鏡及びLeica DFC 320カメラと斜光照明で作成し、サンプルの構造を示した。
製造されたスナック及び製造されたシリアルについて、官能パネル試験を実施した。官能パネルは6人で構成され、すべてDIN 10961に従って訓練された。表1及び2は、それぞれスナック及びシリアルについて得られた結果を示す。
Figure 2019527542
Figure 2019527542
Figure 2019527542
Figure 2019527542
本実施例の結果は、本発明の方法により調製された食品について、同様に調製された標準炭酸カルシウム(GNCC1)から調製されたサンプルと比較して、増加した膨張指数(F)及び改善されたクリスプ性(TA.HDplus Texture Analyser)を示す(図1〜5参照)。さらに、官能パネル試験により、改善された表面テクスチャ及びクリスプ性が明らかになった(上記の表を参照)。

Claims (17)

  1. 膨化多糖系材料の製造方法であって、以下の工程:
    (a)フィブリル化セルロース含有材料を除く、少なくとも1つの多糖含有粉砕材料を提供する工程;
    (b)少なくとも1つの押出助剤を提供する工程;
    (c)工程(a)で提供される前記多糖含有粉砕材料と工程(b)で提供される前記押出助剤とを組み合わせて混合物を得る工程;及び
    (d)工程(c)で得られる前記混合物を押出機により膨化させて膨化多糖系押出物を得る工程
    を含み;
    工程(b)で提供される前記押出助剤が、表面反応炭酸カルシウムであり、ここで前記表面反応炭酸カルシウムが、CO及び1つ以上のHイオン供与体で処理された粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の反応生成物であり、ここで前記COは、前記Hイオン供与体処理によってインサイチュで形成される及び/又は外部供給源から供給されることを特徴とする、
    方法。
  2. (i)前記多糖が、ホモ多糖であり、好ましくはデンプンであり;及び/又は
    (ii)工程(a)で提供される前記多糖含有粉砕材料が、大麦、コーン(トウモロコシ)、オート麦、米、ライ麦、スペルト小麦、小麦、アマランス、キヌア、キビ又はそれらの混合物を含み、好ましくは前記多糖含有粉砕材料が、大麦、コーン(トウモロコシ)、オート麦、米、ライ麦、スペルト小麦、小麦、アマランス、キヌア、キビ又はそれらの混合物の、グロート、セモリナ又は粉から選択され、より好ましくは前記多糖含有粉砕材料が、コーン(トウモロコシ)粉、小麦粉、ナッツ粉又はそれらの混合物である
    ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記1つ以上のHイオン供与体が以下から選択される:
    (i)20℃で0以下のpKを有する強酸;及び/又は
    (ii)20℃で0〜2.5のpK値を有する中強酸;及び/又は
    (iii)その第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で2.5を超えて7以下のpKを有する弱酸であって、ここで、その第1の利用可能な水素の損失時に、水溶性カルシウム塩を形成できる対応するアニオンが形成され、且つここで、水素含有塩の場合、前記第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で7を超えるpKを有し、その塩アニオンが水不溶性カルシウム塩を形成できる少なくとも1つの水溶性塩がさらに提供されるものである
    ことを特徴とする、請求項1〜2のいずれかに記載の方法。
  4. 前記表面反応炭酸カルシウムが、以下の工程:
    (a)粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の懸濁液を提供する工程;
    (b)工程(a)で提供される前記懸濁液に、20℃で0以下のpK値を有する又は20℃で0〜2.5のpK値を有する少なくとも1つの酸を添加する工程;及び
    (c)工程(a)で提供される前記懸濁液を、工程(b)の前、工程(b)の間又は工程(b)の後に、COで処理する工程
    を含む方法によって得られることを特徴とする、請求項1〜2のいずれかに記載の方法。
  5. 前記表面反応炭酸カルシウムが、以下の工程:
    (a)粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)を提供する工程;
    (b)少なくとも1つの水溶性酸を提供する工程;
    (c)ガス状のCOを提供する工程;及び
    (d)工程(a)で提供される前記GNCC又はPCC、工程(b)で提供される前記少なくとも1つの酸及び工程(c)で提供される前記ガス状COを接触させる工程;
    を含む方法によって得られ、
    (i)工程(b)で提供される前記少なくとも1つの酸が、その第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で2.5を超えて7以下のpKを有し、且つこの第1の利用可能な水素の損失時に、水溶性カルシウム塩を形成できる対応するアニオンが形成されること;及び
    (ii)工程(b)で提供される前記少なくとも1つの水溶性酸と工程(a)で提供される前記GNCC又はPCCとを接触させた後、水素含有塩の場合、前記第1の利用可能な水素のイオン化に関連して、20℃で7を超えるpKを有し、その塩アニオンが水不溶性カルシウム塩を形成できる少なくとも1つの水溶性塩がさらに提供されること
    を特徴とする、請求項1〜2のいずれかに記載の方法。
  6. (i)前記天然炭酸カルシウムが、大理石、チョーク、ドロマイト、石灰石及びそれらの混合物からなる群から選択され;及び/又は
    (ii)前記沈降炭酸カルシウムが、アラゴナイト、バテライト又はカルサイト鉱物学的結晶形態又はそれらの組合せ形態を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
  7. 前記押出助剤が:
    (i)1〜75μm、好ましくは1.5〜50μm、より好ましくは2〜40μm、最も好ましくは2.5〜7.0μmの体積メジアン粒径d50(体積);及び/又は
    (ii)2〜150μm、好ましくは4〜100μm、より好ましくは6〜80μm、さらにより好ましくは8〜60μm、最も好ましくは10〜30μmの体積粒径d98(体積)を有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
  8. 前記押出助剤が、ISO 9277:1995に準拠する窒素及びBET法を用いて測定される場合に、15〜200m/g、好ましくは27〜180m/g、より好ましくは30〜160m/g、さらにより好ましくは45〜150m/g、最も好ましくは48〜140m/gの比表面積を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  9. 工程(c)で得られる前記混合物が、前記混合物の総乾燥重量に基づいて、0.01〜10重量%、好ましくは0.05〜5重量%、より好ましくは0.1〜2重量%、最も好ましくは0.2〜1.8重量%の工程(b)で提供される前記押出助剤を含むことを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
  10. 工程(d)において:
    (i)工程(c)で得られる前記混合物が、100℃〜150℃、好ましくは105℃〜140℃、より好ましくは110℃〜135℃、最も好ましくは115℃〜130℃に加熱され;及び/又は
    (ii)前記押出機が、0.5MPa、好ましくは2.5MPa、より好ましくは3.5MPa、さらにより好ましくは5MPa、さらにより好ましくは5.5MPa、最も好ましくは6MPaの最小圧力で作動し;及び/又は
    (iii)前記押出機が、10MPa、好ましくは8MPa、より好ましくは7.5MPa、さらにより好ましくは6MPa、最も好ましくは5MPaの最大圧力で作動する
    ことを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
  11. 工程(c)で得られる前記混合物が、以下の添加剤:
    (i)水を、好ましくは0.01〜15重量%、より好ましくは0.1〜10重量%、最も好ましくは0.2〜5重量%の量;及び/又は
    (ii)全粒穀物を、好ましくは0.1〜30重量%、より好ましくは0.5〜20重量%、最も好ましくは1〜15重量%の量;及び/又は
    (iii)スクロースを、好ましくは0.01〜20重量%、より好ましくは0.1〜10重量%、最も好ましくは0.2〜5重量%の量;及び/又は
    (iv)塩化ナトリウムを、好ましくは0.001〜5重量%、より好ましくは0.01〜2重量%、最も好ましくは0.1〜1重量%の量;
    さらに含み、
    それぞれは前記混合物の総乾燥重量に基づくこと
    を特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
  12. 工程(d)で得られる前記膨化多糖系押出物を、
    (i)人間消費用食品、好ましくは朝食用シリアル及び/又はスナックに;又は
    (ii)動物消費用食品、好ましくはペットフード、より好ましくはフィッシュフード、バードフード、ドッグフード及び/又はキャットフードに;又は
    (iii)包装材料に
    加工処理する工程(e)をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
  13. フィブリル化セルロース含有材料を除く、膨化多糖系材料の製造のための押出助剤としての、表面反応炭酸カルシウムの使用であって、ここで前記表面反応炭酸カルシウムが、CO及び1つ以上のHイオン供与体で処理された粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の反応生成物であり、且つここで前記COは、Hイオン供与体処理によってインサイチュで形成される及び/又は外部供給源から供給される、使用。
  14. 前記押出助剤が:
    (i)1〜75μm、好ましくは1.5〜50μm、より好ましくは2〜40μm、最も好ましくは2.5〜7.0μmの体積メジアン粒径d50(体積);及び/又は
    (ii)2〜150μm、好ましくは4〜100μm、より好ましくは6〜80μm、さらにより好ましくは8〜60μm、最も好ましくは10〜30μmの体積粒径d98(体積)
    を有することを特徴とする、請求項13に記載の使用。
  15. 前記押出助剤が、ISO 9277:1995に準拠する窒素及びBET法を用いて測定される場合に、15〜200m/g、好ましくは27〜180m/g、より好ましくは30〜160m/g、さらにより好ましくは45〜150m/g、最も好ましくは48〜140m/gの比表面積を有することを特徴とする、請求項13〜14のいずれかに記載の使用。
  16. 請求項1〜12のいずれかに記載の方法により得ることができる、フィブリル化セルロース含有材料を除く、膨化多糖系材料。
  17. 前記材料が:
    (i)5〜30、好ましくは8〜25、より好ましくは10〜20、最も好ましくは12〜18の膨張指数F;及び/又は
    (ii)10個のブレードを有するKramer剪断セルを備えたStable Micro Systems製のTA.HDplus Texture Analyserにて測定される場合、25〜50N、好ましくは30〜48N、より好ましくは32〜45N、最も好ましくは35〜40Nのクリスプ性
    を提供することを特徴とする、請求項16に記載の膨化多糖系材料。
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