KR20090094396A - 발포 조성물 및 이의 제조 방법 - Google Patents

발포 조성물 및 이의 제조 방법

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KR20090094396A
KR20090094396A KR1020097015745A KR20097015745A KR20090094396A KR 20090094396 A KR20090094396 A KR 20090094396A KR 1020097015745 A KR1020097015745 A KR 1020097015745A KR 20097015745 A KR20097015745 A KR 20097015745A KR 20090094396 A KR20090094396 A KR 20090094396A
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토마스 필립 이미슨
스테파노 세리알리
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크래프트 푸드 글로벌 브랜드 엘엘씨.
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Abstract

약 10 ℃ 이상의 임계 온도를 갖는 포획된 초임계 유체를 함유하는 다수의 내부 공극을 갖는 입자상 성분을 포함하는 발포 조성물이 제공된다. 또한, 이러한 발포 조성물의 제조 방법이 제공된다. 약 10 ℃ 이상의 임계 온도를 갖는 초임계 유체를, 주위 온도보다 높은 유리전이온도를 갖는, 다수의 내부 공극을 포함하는 입자상 성분과, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 접촉시킨다. 입자상 성분을, 초임계 유체가 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내로 이동하는 것을 허용하기에 효과적인 시간 동안, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 유지한다. 이어서 온도를 입자상 성분의 유리전이온도보다 낮은 온도로 저하시킴으로써 초임계 유체의 적어도 일부를 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내에 포획시킨다.

Description

발포 조성물 및 이의 제조 방법{FOAMING COMPOSITIONS AND METHODS OF MAKING THE SAME}
본 발명은 발포 조성물, 특히 포획된(entrapped) 초임계 유체를 포함하는 가용성 발포 조성물, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
수많은 통상적으로 제조된 식품들, 예를 들면 카푸치노, 밀크쉐이크 및 특정 수프는 바람직하게는 포말 또는 거품을 포함한다. 소비자에 의해 제조되는 인스턴트 식품 대체물의 편의성에 대한 점점 증가하는 요구를 수용하기 위해서, 제조사들은 통상적으로 제조되는 식품과 동일하거나 유사한 특성을 갖는 통상적인 인스턴트 식품으로부터 소비자들이 원하는 식품을 소비자에게 제공하는 다양한 인스턴트 식품을 개발해 왔다. 제조사들의 도전 과제들 중 하나는 어떻게 하면 바람직한 포말 또는 거품을 갖는 인스턴트 식품을 제조하는가 하는 것이다.
거품을 갖는 인스턴트 식품의 제조에 사용되는 기술들 중 하나는 식품을 액체로 재구성시킬 때 거품을 형성하는 분말상 발포 조성물을 사용하는 것이다. 발포 분말 조성물은 다양한 식품 및 음료에 포말 또는 발포된 텍스춰를 부여하는데 사용되어 왔다. 예를 들면, 발포 조성물은, 물, 우유 또는 기타 적합한 액체와 배합 시, 인스턴트 카푸치노 및 기타 커피 믹스, 인스턴트 청량음료 믹스, 인스턴트 수프 믹스, 인스턴트 밀크쉐이크 믹스, 인스턴트 디저트 토핑, 인스턴트 소스, 뜨거운 시리얼 또는 찬 시리얼 등에 포말 또는 발포된 텍스춰를 부여하는데 사용되어 왔다.
거품 또는 포말을 부여하는데 사용될 수 있는 기체-주입된 발포 크리머의 몇몇 예가 미국특허 제 4,438,147 호 및 EP 0 458 310에 개시되어 있다. 보다 근래에는, 기체화 탄수화물과 단백질 및 지질의 배합에 의해 제조된 발포 크리머가 미국특허 6,129,943 호에 개시되어 있다. 이러한 기술을 사용하여, 분무-건조 전 액체 크리머 조성물의 기체 주입을 생략할 수 있었다.
EP 0 813 815 B1에는 기체-주입된 발포 크리머이거나, 20 중량% 초과의 단백질을 함유하는 화학적 탄소화 성분을 함유하는 크리머인 발포 크리머 조성물이 개시되어 있다. 여기서 기술된 분말은 필수 구성성분으로서 단백질, 지질 및 충전제 물질, 특히 수용성 탄수화물을 갖는다. 스푸너빌리티(spoonability)를 갖는 휘핑 크림과 유사한 치밀한 거품을 얻기 위해서는 높은 단백질 함량이 필요하다.
또다른 발포 조성물은 탄수화물, 단백질 및 포획된 가압 기체를 함유하는 매트릭스를 포함하는 분말상 가용성 발포 성분이 개시된 미국특허 제 6,713,113 호에 기술되어 있다. 그러나, 탄수화물과 단백질 둘 다를 함유하는 분말상 성분은, 포장된 식품의 외관, 향미 및 저장 수명에 나쁜 영향을 미칠 수 있는 비산화적 갈변 반응을 하기 쉽다. 이러한 복합 화학 반응은 단백질과 탄수화물, 특히 환원당 사이에서 일어나서, 식품을 심각하게 변색시키고 식품의 향미를 감소시킬 수 있는 중합체성 안료를 형성한다. 미국특허출원공개 제2006/0040033호 및 제 2006/0040034 호에는 각각 바람직하지 못한 갈변 및 향미 손상에 대한 내성을 제공하는 비-탄수화물 발포 조성물 및 비-단백질 발포 조성물이 기술되어 있다.
기존 발포 조성물 및 이의 제조 방법의 단점은 기체를 발포 조성물의 구조 내로 도입시키는데 요구되는 가공 시간이 비교적 길다는 점과 폐기체 및 기타 물질로부터 초래된 높은 원료 비용을 포함한다. 따라서, 재구성 시에 바람직한 발포 특성을 나타내는, 바람직하게는 가공 시간 및 원료 비용이 감소된 방법에 의해 제조될 수 있는, 인스턴트 식품 및 음료에 사용되는 발포 조성물이 여전히 필요하다. 본 발명은, 본 발명의 실시양태에 대한 하기 설명을 통해 명백해지는 바와 같이, 상기 및 기타 이점을 제공한다.
발명의 요약
따라서, 한 양태에서, 본 발명은, 약 10 ℃ 이상의 임계 온도를 갖는 초임계 유체를, 주위 온도보다 높은 유리전이온도를 갖는, 다수의 내부 공극을 포함하는 입자상 성분과, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 접촉시키고; 입자상 성분을, 초임계 유체가 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내로 이동하는 것을 허용하기에 효과적인 시간 동안, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 유지하고; 온도를 입자상 성분의 유리전이온도보다 낮은 온도로 저하시킴으로써 초임계 유체의 적어도 일부를 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내에 포획시키는 것을 포함하는, 발포 조성물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 양태에 따라, 약 10 ℃ 이상의 임계 온도를 갖는 포획된 초임계 유체를 함유하는 다수의 내부 공극을 갖는 입자상 성분을 포함하는 발포 조성물이 제공된다.
또다른 양태에 따라, 본 발명은, 약 10 ℃ 이상의 임계 온도를 갖는 초임계 유체를, 주위 온도보다 높은 유리전이온도를 갖는, 다수의 내부 공극을 포함하는 입자상 성분과, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 접촉시키고; 입자상 성분을, 초임계 유체가 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내로 이동하는 것을 허용하기에 효과적인 시간 동안, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 유지하고; 온도를 입자상 성분의 유리전이온도보다 낮은 온도로 저하시킴으로써 초임계 유체의 적어도 일부를 입자상 성분 내에 포획시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조된 발포 조성물을 제공한다.
도 1은 본 발명의 한 양태에 따르는 흐름도이다.
도 2는 실시예 1에서 수득된 실험 데이터로부터 수집된 대표적인 시간-온도-압력 프로필이다.
도 3은 100 bar 게이지의 일정 압력에서 온도의 함수로서의 이산화탄소의 유체 상태 및 유체 밀도를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 예를 들면 인스턴트 카푸치노 및 기타 커피 믹스, 인스턴트 청량음료 믹스, 인스턴트 수프 믹스, 인스턴트 밀크쉐이크 믹스, 인스턴트 디저트 토핑, 인스턴트 소스, 뜨거운 시리얼 또는 찬 시리얼 등을 포함하는 식품 및 음료에 사용되는, 포획된 초임계 유체를 함유하는 발포 조성물 및 이의 제조 방법을 제공한다. 초임계 유체를 다공질 입자상 성분의 기공 구조 내에 포획시킴으로써, 발포 조성물을 제조한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "기공 구조"란 입자상 성분의 다수의 내부 공극을 지칭하며, "내부 공극"이란, 폐기공이라고도 공지되어 있는, 주위 대기에 개방되지 않은, 입자상 성분의 밀폐된 내부 공극을 지칭한다. 내부 공극에 대한 보다 상세한 설명, 내부 공극 부피의 측정에 사용되는 방법, 및 본 발명에 사용되기에 적합한 내부 공극 부피 범위는 각각 본원에서 참고로 인용된 미국특허출원공개 제2006/0040033호, 제2006/0040034호 및 제2006/0040038호에 제공되어 있다.
본 발명의 한 양태에 따라, 약 10 ℃ 이상의 임계 온도를 갖는 초임계 유체를, 주위 온도보다 높은 유리전이온도를 갖는, 다수의 내부 공극을 포함하는 입자상 성분과, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 접촉시키고; 입자상 성분을, 초임계 유체의 적어도 일부가 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내로 이동하기에 효과적인 시간 동안, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 유지하고; 온도를 입자상 성분의 유리전이온도보다 낮은 온도로 저하시킴으로써 초임계 유체의 적어도 일부를 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내에 포획시키는 것을 포함하는, 발포 조성물의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 양태에 따라, 약 10 ℃ 이상의 임계 온도를 갖는 포획된 초임계 유체를 함유하는 다수의 내부 공극을 갖는 입자상 성분을 포함하는 발포 조성물이 제공된다.
본 발명의 또다른 양태에 따라, 약 10 ℃ 이상의 임계 온도를 갖는 초임계 유체를, 주위 온도보다 높은 유리전이온도를 갖는, 다수의 내부 공극을 포함하는 입자상 성분과, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 접촉시키고; 입자상 성분을, 초임계 유체가 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내로 이동하는 것을 허용하기에 효과적인 시간 동안, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 유지하고; 온도를 입자상 성분의 유리전이온도보다 낮은 온도로 저하시킴으로써 초임계 유체의 적어도 일부를 입자상 성분 내에 포획시키는 것을 포함하는 방법에 의해 발포 조성물을 제조한다.
입자상 성분은 식용이어야 하고 주위 온도보다 높은(즉 0 ℃ 이상의) 유리전이온도를 갖는다. 바람직하게는, 유리전이온도는 약 30 내지 약 150 ℃, 더욱 바람직하게는 약 50 내지 약 130 ℃의 범위이다. 바람직하게는 (임의의 초임계 유체가 입자상 성분의 내부 공극 내에 포획되기 전후의) 입자상 성분의 수분 함량은 약 0 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 10 %, 더욱 더 바람직하게는 약 2 내지 5 %의 범위이다. 바람직하게는 (임의의 초임계 유체가 입자상 성분의 내부 공극 내에 포획되기 전후의) 입자상 성분의 입자크기는 약 1 내지 5000 마이크로미터, 바람직하게는 약 5 내지 2000 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 1000 마이크로미터이다. 입자상 성분은 탄수화물, 단백질 및/또는 이것들의 혼합물을 포함하는 다양한 형태를 가질 수 있다. 입자상 성분은 탄수화물 및/또는 단백질 외에도 임의로 분산된 지방을 포함할 수 있다.
적합한 탄수화물은 예를 들면 당(예를 들면 글루코스, 프럭토스, 수크로스, 락토스, 만노스 및 말토스), 다가 알콜(예를 들면 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 폴리글리세롤 및 폴리에틸렌 글리콜), 당 알콜(예를 들면 소르비톨, 만니톨, 말티톨, 락티톨, 에리쓰리톨 및 자일리톨), 올리고당, 다당류, 전분 가수분해물(예를 들면 말토덱스트린, 글루코스 시럽, 옥수수 시럽, 고-말토스 시럽 및 고-프럭토스 시럽), 고무(예를 들면 잔탄, 알긴산염, 카라기난, 구아, 젤란, 로커스트 콩 및 가수분해된 고무), 가용성 섬유(예를 들면 이눌린, 가수분해된 구아 고무 및 폴리덱스트로스), 개질 전분(예를 들면 물에 가용성 또는 분산성인, 물리적 또는 화학적 개질된 전분), 개질 셀룰로스(예를 들면 메틸셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스 및 히드록시프로필메틸 셀룰로스) 및/또는 이것들의 혼합물을 포함한다.
적합한 단백질은 예를 들면 우유 단백질, 대두 단백질, 난 단백질, 젤라틴, 콜라겐, 밀 단백질, 가수분해된 단백질(예를 들면 가수분해된 젤라틴, 가수분해된 콜라겐, 가수분해된 카제인, 가수분해된 유청 단백질, 가수분해된 우유 단백질, 가수분해된 대두 단백질, 가수분해된 난 단백질, 가수분해된 밀 단백질 및 아미노산) 및/또는 이것들의 혼합물을 포함한다.
적합한 지방은 예를 들면 지방, 오일, 수소화 오일, 인터에스테르화 오일, 인지질, 및 식물, 낙농 또는 동물 공급원으로부터 유도된 지방산, 및 이것들의 일부 또는 혼합물을 포함한다. 지방은 왁스, 스테롤, 스타놀, 테르펜, 및 이것들의 일부 또는 혼합물 중에서 선택될 수도 있다.
임의로, 입자상 성분은 실질적 탄수화물-비함유 물질 및/또는 실질적 단백질-비함유 물질(예를 들면 가용성 커피 분말)일 수 있다. 바람직한 실질적 탄수화물-비함유 및/또는 실질적 단백질-비함유 입자상 성분은 미국특허출원공개 제 2006/0040033 호, 제 2006/0040034 호 및 제 2006/0040038 호에 기술된 것을 포함한다. 이러한 입자상 성분의 예는 표 1에 각각의 유리전이온도와 함께 명시되어 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 본 발명의 탄수화물-비함유 발포 조성물은 약 1 % 미만, 바람직하게는 약 0.5 % 미만, 더욱 바람직하게는 0.1 % 미만의 탄수화물을 함유한다. 본 발명의 특히 바람직한 탄수화물-비함유 조성물은 탄수화물을 함유하지 않는다. 본 발명의 단백질-비함유 발포 조성물은 약 1 % 미만, 바람직하게는 약 0.5 % 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.1 % 미만의 단백질을 함유한다. 본 발명의 특히 바람직한 단백질-비함유 조성물은 단백질을 함유하지 않는다.
바람직하게는, 입자상 성분은, 발포 조성물 구조가 포획된 초임계 유체를 보유하기에 충분히 강하도록 선택된 성분 또는 성분들의 혼합물을 포함한다. 유리전이온도(Tg)는 경질 유리질 입자상 고체 상태로부터 연질 고무질 입자상 고체 상태로의 분말 조성물의 변형을 특징으로 하는 2차 상변화를 나타내어 준다. 이러한 연질 고무질 입자상 고체 상태는 액화 용융 상태(모든 가열된 입자가 융합되어 균질 점성 유체가 됨)와 명백하게 구별된다. 일반적으로, 기체 용해도 및 확산 속도는 Tg 이상에서는 물질 내에서 더 높다. Tg는 화학적 조성 및 수분 함량에 따라 달라지며, 일반적으로 평균분자량이 낮고/낮거나 수분함량이 높을수록 Tg는 더 낮아질 것이다. 해당 분야의 숙련자에게 공지된 임의의 적합한 방법을 사용하여 분말의 수분 함량을 단순히 감소시키거나 증가시킴으로써, Tg를 의도적으로 각각 상승 또는 저하시킬 수 있다. 확립된 시차주사열계량법 또는 열적 기계적 분석 기술을 사용하여 Tg를 측정할 수 있다.
추가의 임의적 성분은 예를 들면 인공감미제, 유화제, 안정화제, 증점제, 유동제, 색소, 향미제, 방향제 등을 포함한다. 적합한 인공감미제는 사카린, 시클라메이트, 아세술팜, L-아스파르틸-기재의 감미제, 예를 들면 아스파르탐, 및 이것들의 혼합물을 포함한다. 적합한 유화제는 모노글리세라이드, 디글리세라이드, 레시틴, 모노디글리세라이드의 디아세틸 타르타르산 에스테르(DATEM), 스테아로일 락틸레이트, 개질 식품 전분, 폴리소르베이트, PGA, 수크로스 에스테르, 및 이것들의 혼합물을 포함한다. 적합한 안정화제는 인산이칼륨 및 시트르산나트륨을 포함한다. 적합한 유동제는 예를 들면 소디움 실리카 알루민산염, 이산화규소 및 인산삼칼슘을 포함한다.
본 발명에서 사용되기에 적합한 초임계 유체는 예를 들면 초임계 이산화탄소, 초임계 아산화질소, 초임계 희귀 기체, 예를 들면 제논, 초임계 할로겐화 탄화수소, 예를 들면 프레온, 및 초임계 탄화수소, 예를 들면 에탄, 프로판, 부탄, 에틸렌 등을 포함할 수 있다. 초임계 이산화탄소, 초임계 아산화질소 및 초임계 희귀 기체가 바람직하다. 초임계 유체는 약 10 ℃ 이상, 바람직하게는 약 10 내지 약 175 ℃, 더욱 바람직하게는 약 25 내지 약 150 ℃ 범위의 임계 온도를 갖는다. 초임계 유체는 바람직하게는 약 20 내지 약 100 atm, 더욱 바람직하게는 약 30 내지 약 80 atm의 범위의 임계 압력, 및 약 0.1 내지 약 1.6 g/cc, 더욱 바람직하게는 약 0.15 내지 약 1.4 g/cc, 가장 바람직하게는 약 0.2 내지 약 1.2 g/cc의 범위의 밀도를 갖는다. 10 ℃ 미만의 임계 온도를 갖는 초임계 유체(예를 들면 약 -147 ℃의 임계 온도를 갖는 N2)는 본 발명에서 사용되기에 적합하지 않다.
초임계 유체는 이것의 임계 온도 및 임계 압력보다 높은 온도 및 압력에서의 물질이다. 임계 온도와 임계 압력의 조합은 액체 상태가 더 이상 존재하지 않는 열역학적 임계점을 한정한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 초임계 유체는 이것의 열역학적 임계점보다 높은 온도 및 압력에 도달한 기체를 지칭한다. 포획된 초임계 유체는 다공질 입자상 성분의 내부 공극 내에 존재하는 초임계 유체를 지칭한다. 초임계 유체의 임계 온도 및 압력 및 입자상 성분의 유리전이온도에 따라, 입자상 성분의 기공 구조 내에 초임계 유체를 포획시키는데 요구되는 온도 및 압력으로 인해, 초임계 유체는, 포획되면, 더 이상 초임계 상태로 있지 못 할 수 있다고 생각된다. 예를 들면 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 다공질 입자상 성분의 내부 공극 내에 포획된 초임계 유체는, 입자상 성분이 이것의 유리전이온도 보다 낮은 온도로 냉각되고 포획된 초임계 유체가 이것의 임계 온도보다 낮은 온도로 냉각될 때, 기체 또는 기체와 액*체의 혼합물로 변환될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 포획된 초임계 유체는 이러한 물질들도 포함한다. 표 2는 수많은 적합한 기체에 대한 대략적 임계 온도(℃), 임계 압력(bar), 임계 밀도(g/cc) 및 액체 밀도(g/cc)에 대한 공개된 데이터를 제공한다.
한 형태에서, 초임계 유체의 연속적 유동물을 입자층에 통과시킴으로써 입자상 성분의 내부 공극 내에 초임계 유체를 포획시킴으로써 발포 조성물을 제조한다. 바람직하게는, 가열된 초임계 유체가 입자층을 통과함에 따라 입자상 성분과 초임계 유체를 직접 접촉시킴으로써, 입자상 성분의 온도를 입자상 성분의 유리전이온도(Tg) 보다 높게 상승시킬 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 열을 직접적 또는 간접적으로 가열하기 위한, 해당 분야의 숙련자에게 공지된 다양한 방법(예를 들면 자켓-가열된 혼합 용기, 극초단파 가열, 적외선("IR") 가열 등)을 사용하여, 입자상 성분의 온도를 Tg 보다 높게 상승시킬 수 있다.
일단 입자상 성분의 온도가 Tg 보다 높게 상승되면, 초임계 유체의 적어도 일부가 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내로 이동하기에 효과적인 시간 동안, 바람직하게는 약 1 내지 약 30 분, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 20 분의 범위의 시간 동안, 입자상 성분을 Tg 보다 높은 온도에서 유지한다. 이어서, 입자상 성분의 온도를 입자상 성분의 Tg 보다 낮게, 바람직하게는 Tg 보다 약 10 ℃ 이상 낮게, 더욱 바람직하게는 Tg 보다 약 20 ℃ 이상 낮게, 더욱 바람직하게는 Tg 보다 약 30 ℃ 낮게 저하시킨다. 바람직하게는, Tg 보다 낮은 온도에서, 입자상 성분을 초임계 유체와 직접 접촉시키거나, 더욱 바람직하게는 초임계 유체로서의 액체와 접촉시키거나, 액체를 입자층에 통과시킴으로써, 입자상 성분의 온도를 입자상 성분의 Tg 보다 낮게 저하시킨다. 추가로 또는 대안적으로, 해당 분야의 숙련자에게 공지된 다양한 방법을 사용하여, 입자상 성분의 온도를 Tg 보다 낮게 저하시킬 수 있다. 바람직하게는, 입자상 성분을 약 2 ℃/min 초과, 더욱 바람직하게는 약 4 ℃/min 초과, 더욱 더 바람직하게는 8 ℃/min 초과, 가장 바람직하게는 약 12 ℃/min 초과의 속도로 급속하게 냉각시킨다. 냉각 속도란 Tg 보다 높은 온도로부터 Tg 보다 약 10 ℃ 이상 더 낮은 온도로의 입자상 성분의 평균 냉각 속도를 지칭한다. 입자상 성분의 냉각 속도는 냉각 공정 동안에 입자상 성분의 온도와 입자층에 들어가는 유체의 온도 사이의 온도차의 함수로서 변화한다는 것을 알도록 한다. 바람직하게는, 압력을 공정 내내 초임계 유체의 임계 압력 이상의 압력에서 유지한다.
이러한 공정을 통해, 초임계 유체를 입자상 성분의 내부 공극 내에 포획시키게 된다. 바람직하게는, 포획된 초임계 유체는 그 결과의 발포 조성물의 약 0.5 중량% 이상을 차지한다. 발포 조성물이 분말상 또는 과립상 식품 또는 음료의 일부로서 포함될 때, 뜨거운 물 또는 찬 물로 재구성 시에 기체가 급속하게 방출된다. 발포 조성물은 주위 조건에서 액체에 용해 시, 조성물 1 g 당, 바람직하게는 약 2 cc 이상, 더욱 바람직하게는 약 5 cc 이상의 기체를 방출한다. 주위 온도에서, 발포 조성물의 내부 공극 내에 포획된 초임계 유체의 압력은 주위 압력(1 bar)보다 높고, 바람직하게는 5 bar 초과이고, 더욱 바람직하게는 10 bar 초과이고, 가장 바람직하게는 20 bar 초과이다. 기체의 급속한 방출로 인해 거품의 층은 진짜 카푸치노 거품과 유사한 외관을 갖게 된다.
전술된 바와 같이 제조된 발포 조성물은, 압력 하에 있는 동안 용기를 통한 유체의 연속적 유동이 없는 정적 시스템에 의해 제조된 통상적인 발포 조성물에 비해, 수많은 놀라운 이점을 제공한다는 것이 밝혀졌다. 더욱 특히는, 초임계 유체의 연속적 유동물을 입자층에 통과시키면, 정적 시스템에서 제조된 통상적인 발포 조성물에서 발견되는 바람직하지 못한 입자상 성분들의 응집이 덜 초래된다는 것이 밝혀졌다. 이론에 의해 얽매이는 것을 바라는 것은 아니지만, 초임계 유체의 연속적 유동물을 통과시키면, 입자들 사이의 접촉 시간이 최소화되고 초기 가열 동안에 입자상 성분들이, 특히는 표면-흡수된 수분이 건조됨으로써, 입자 응집이 억제된다고 생각된다. 입자 응집은 바람직하지 못하게 보다 큰 평균입자크기(즉 약 500 ㎛ 초과), 보다 큰 기포 크기, 및 놀랍게도 낮은 용해도를 갖는 제품을 초래한다는 것을 알게 되었다. 따라서, 응집된 입자들을 종종 최종 제품으로부터 제거해야 하는데, 이로 인해 보다 긴 가공 시간 및 폐기물이 초래된다.
도 1에는, 본 발명의 한 양태에 따르는 발포 조성물의 배치식 제조를 허용하는 시스템이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 입자상 성분(예를 들면 다공질 분무-건조된 분말)을 압력 용기에 넣는다. 이산화탄소를, 원하는 압력(바람직하게는 약 20 bar 초과, 더욱 바람직하게는 약 50 bar 초과)에 도달될 때까지, 주위 온도에서 용기의 저부 내로 도입시킨다. 일단 원하는 압력에 도달되면, 초임계 이산화탄소의 연속적 유동물을 입자상 성분을 통해 도입시킨다. 이산화탄소를 용기 내로 도입시키기 전에 입자상 성분의 유리전이온도(Tg) 보다 높은 온도로 가열하고, 용기 내 압력을 초임계 이산화탄소의 임계 압력 이상의 압력에서 유지한다.
일단 용기 내 입자상 성분의 온도가 Tg를 초과하면, 이것을, 초임계 유체의 적어도 일부가 입자상 성분의 내부 공극 내로 이동하기에 효과적인 시간 동안 상기 온도 이상의 온도에서 유지한다. 이어서, 액체 이산화탄소를 30 ℃ 이하의 온도에서 용기에 도입시키거나, 초임계 이산화탄소를 이것의 임계점(31 ℃)보다 높지만 입자상 성분의 유리전이온도보다는 낮은 온도에서 용기에 도입시킴으로써, 입자상 성분을 급속하게 냉각시킨다. 일반적으로, 용기 내로 도입되는 이산화탄소의 온도가 낮고 용기 내로의 이산화탄소의 도입 속도가 빠를수록, 입자상 성분의 냉각 속도도 빨라진다. 일단 입자상 성분의 온도가 약 40 ℃ 미만이 되면, 용기를 감압시키고 발포 조성물을 꺼낼 수 있다.
임의로, 다수의 압력 용기를 공정의 상이한 단계에서 직렬 연결 및/또는 단리시켜, 본 발명에 따르는 발포 조성물의 연속적 또는 반-연속적 제조를 허용할 수 있다. 이러한 배열은 유리하게도 기체 손실, 원료 비용 및 가공 시간을 추가로 감소시킬 수 있다.
또다른 형태에서, 포획된 초임계 유체의 적어도 일부는, 가압된 기체와 접촉할 수 있는 액화 기체를 포함한다. 예를 들면, 초임계 유체의 온도를 임계 온도보다 낮은 온도로 급속하게 저하시키고, 압력을 임계 압력 이상의 압력에서 유지하여, 응축된 액화 기체를 입자상 성분의 내부 공극에 포획시킴으로써, 이를 달성할 수 있다. 이러한 경우, 포획된 초임계 유체는 그 결과의 발포 조성물의 보다 많은 중량%(바람직하게는 약 1.0 중량% 이상)를 차지할 수 있고, 따라서 발포 조성물의 재구성 시, 바람직하게 보다 많은 양의 기체가 방출될 수 있게 되는데, 왜냐하면 입자상 성분이 재구성될 때 포획된 액화 기체가 급속하게 기체로 변환되기 때문이다.
또다른 형태에서, 예를 들면 휘발성 향미 또는 방향 성분, 물, 가소제, 식물성 추출물, 영양제 및/또는 비타민을 포함하는 하나 이상의 가용성 첨가제를 초임계 유체에 혼입시킬 수 있다. 그 결과, 가용성 첨가제의 적어도 일부도 초임계 유체와 함께 입자상 성분의 내부 공극 내에 포획될 것이다. 한 형태에서, 예를 들면, 액체로 재구성 시에, 발포 조성물은 기체를 방출하고 거품 층을 제공하는 외에도 바람직한 향미 및/또는 향기를 방출할 수 있다.
한 형태에서, 향미 및/또는 방향 성분은 부분적으로 또는 전체적으로 초임계 유체 내로 분배, 용해 또는 분산될 수 있는 향미 또는 방향 성분의 휘발성 액체 또는 고체 성분을 포함한다. 원래 천연 또는 합성일 수 있는 휘발성 초임계 유체-가용성 향미 또는 방향 성분은 바람직하게는, 25 ℃에서 및 대기압에서 순수한 형태에서 주로 액체 또는 고체인 하나 이상의 초임계 유체-가용성 또는 초임계 유체-혼화성 냄새-활성 휘발성 화학적 성분으로 이루어진다. 이것은 바람직하게는 300 ℃ 미만, 더욱 바람직하게는 200 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 150 ℃ 미만의 비등점을 갖는다. 본원에서 사용된 바와 같이, 비등점이란, 대기압에서 휘발성 초임계 유체-가용성 향미 또는 방향 성분이 증발되거나 열분해되는 온도를 지칭한다. 냄새-활성이란 후각에 의해 감지될 수 있는 향미 또는 방향 성분의 임의의 휘발성 액체 또는 고체 성분을 지칭한다. 적합한 휘발성 초임계 유체-가용성 향미 및 방향 성분은 바닐린, 캄펜, 벤질 벤조에이트, 신남알데히드, 에틸 데카노에이트, 데칸알, 2-헵틸푸란, 노닐 아세테이트, 에틸 옥타노에이트, 리날룰, 1-옥탄올, 헵틸 아세테이트, 벤즈알데히드, d-리모넨, 에틸 헥사노에이트, 미르센, 헵탄알, 2-헵탄온, 메틸 펜타노에이트, 2-에틸푸란, 2,3-부탄디온 및 이것들의 혼합물을 포함할 수 있지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다.
하기 실시예는 본 발명의 다양한 양태를 추가로 예시하지만, 첨부된 청구의 범위에서 설명된 바와 같은 본 발명의 범주를 제한하려는 것은 아니다. 달리 언급이 없는 한, 모든 % 및 비율은 중량 기준이다. 본 명세서에서 인용된 모든 참고문헌은 본원에서 참고로 인용된다.
실시예 1
하기 예는 65 ㎜의 내경을 갖는 250 ㎖ 비이커에서 뜨거운(88 ℃) 물 150 ㎖로 재구성된 인스턴트 카푸치노 믹스에 있어서 본 발명의 이점을 보여준다.
하기 절차에 따라 발포 조성물을 제조하였다.
우선, 다수의 내부 공극을 함유하는, 92 % 말토덱스트린 및 8 % 소디움 옥테닐숙시네이트 치환된 전분(건조 중량)으로 이루어진 다공질 분무-건조된 분말(500 ㎛ 초과의 물질이 0 %인 조건에서 레이저 회절에 의해 측정된 130 ㎛의 평균입자크기(D50)를 가짐) 300 g을 2 ℓ 스테인레스강 압력 용기에 넣었다. 이러한 단백질-비함유 탄수화물 분말은 약 100 ℃의 유리전이온도(Tg) 및 약 70 부피%의 내부 공극 부피를 가졌다. 이산화탄소 기체를 주위 온도(약 22 ℃)에서 용기의 저부 내로 도입시키고, 용기 내 압력이 57 bar 게이지에 도달할 때까지 가압하였다. 추가량의 이산화탄소 기체를 (이것의 임계 온도보다 높은) 약 129 ℃의 최대 온도로 점차 가열하고, 용기 내의 압력이 (74 bar의 임계 압력보다 높은) 102 bar 게이지에 도달할 때까지 용기의 저부 내로 도입시켰다. 이러한 가열 및 가압의 조건에서, 이산화탄소는 기체로부터 초임계 유체로 변환되었다.
일단 압력이 102 bar 게이지에 도달하면, 초임계 이산화탄소의 연속적 유동물을, 고압 펌프의 출구에서 측정 시 약 10 ℓ/h의 속도로 분말층에 통과시키는 것을 개시하였다. 이산화탄소를 용기 내로 도입시키기 전에 분말의 Tg보다 높은 온도로 가열하였고, 용기 내의 압력을 (74 bar의 임계 압력보다 높은) 약 102 bar 게이지의 압력에서 유지했다는 것을 유념해야 한다.
일단 용기 내의 분말의 온도가 Tg를 초과하면, 분말을 약 10분 동안 상기 온도에서 유지하였다. 이 예에서, 용기를 가압시키고 용기의 저부에 가까운 지점에서 측정 시 101 ℃로 분말을 가열하는데 소요된 시간은 30분이었다.
이어서, 초임계 이산화탄소를 약 40 ℃에서 약 10 ℓ/h의 속도로 용기 내로 도입시킴으로써, 분말을 102 bar 게이지의 압력에서 Tg 보다 낮은 온도로 급속하게 냉각시켰다. 도 2를 보면, 이러한 예에서, (약 40 ℃ 및 0 bar 게이지로의) 냉각 및 감압에는 총 41분이 소요되었고, 용기의 저부에 가까운 지점에서 측정 시 105 ℃로부터 71 ℃로 분말을 냉각시키는데 소요된 시간은 3분이었고, 105 ℃로부터 45 ℃로 냉각시키는데 소요된 시간은 7분이었다. 이는 Tg 보다 높은 온도로부터 Tg 보다 약 30 ℃ 낮은 온도로의 약 11 ℃/min 초과의 평균 냉각 속도와 동일하므로, Tg 보다 높은 온도로부터 Tg 보다 약 10 ℃ 낮은 온도로의 약 11 ℃/min 초과의 평균 냉각 속도와 동일하다. 도 2를 보면, 분말을 냉각시키는데 사용되는 보다 저온(약 40 ℃)의 초임계 이산화탄소는 분말을 가열하는데 사용되는 보다 고온(분말의 Tg를초과)의 초임계 이산화탄소보다 높은 밀도(약 0.65 g/cc) 및 열용량을 갖기 때문에, 분말 냉각은 분말 가열보다 훨씬 더 급속하게 일어났다. 도 3을 보면, 두 온도, 및 가열 및 냉각 동안에 도달된 중간 온도에서의 초임계 유체는 주위 온도에서의 기체상 이산화탄소보다 유리하게 더 높은 밀도 및 열용량을 가졌다. 일단 분말의 온도가 약 40 ℃에 도달하면, 용기를 감압시키고 분말을 꺼냈다.
포획된 초임계 이산화탄소를 함유하는 이러한 발포 조성물 3 g을, 가용성 커피와 통상적인 발포 크리머 분말과 설탕으로 이루어진, 전술된 바와 같이 재구성된 인스턴트 카푸치노 믹스 11.5 g에 첨가할 때, 거품의 높이(액체의 표면과 거품의 최상부 사이에서 측정됨)는 30 ㎜를 초과하였다. 이와 대조적으로, 가압된 분말을 첨가하지 않을 때 형성된 거품의 높이는 약 10 ㎜였다. 거품 밀도와 점증적 거품 부피에 대한 지식을 사용하여, 발포 조성물에 의해 방출된 기체의 양(실내 온도 및 압력에 대해 보정됨)을, 약 2.7 중량% 이상의 추정된 기체 함량에 상응하는, 주위 온도(25 ℃) 및 주위 압력에서 분말 1 g 당 약 15 cc 이상으로 추정하였다. 발포 조성물은 약 0.16 cc/g의 측정된 내부 공극 부피에 상응하는, 약 18 부피%의 내부 공극 부피를 가졌다.
이러한 데이터를 보아, 주위 실내 온도로 냉각 시, 모든 포획된 초임계 이산화탄소가 발포 조성물의 내부 공극 내에서 기체로서 존재한다면, 내부 공극 내의 추정된 기체 압력(25 ℃에서 95 bar; 20 ℃에서 93 bar; 10 ℃에서 90 bar; 0 ℃에서 87 bar)은, 액체 이산화탄소와 접촉한 이산화탄소 기체의 공지된 포화 증기압 한계(25 ℃에서 64 bar; 20 ℃에서 57 bar; 10 ℃에서 45 bar; 0 ℃에서 35 bar)를 훨씬 초과한다는 것을 알 수 있다. 이러한 발견은, 냉각 동안에 발포 조성물의 내부 공극 내에서 액체 상태로 응축된, 포화 증기압 한계를 초과하는 기체 압력의 형성을 억제하기에 충분한, 충분량의 포획된 초임계 이산화탄소가 존재한다는 것을 보여준다. 따라서, 이는, 심지어는 소량의 이산화탄소가 발포 조성물의 고체상 내에 용해될 수 있다는 가능성이 있을 경우에서 조차도, 기체상 이산화탄소와 액화 이산화탄소의 혼합물이 냉각된 발포 조성물의 내부 공극 내에 존재한다는 것을 보여준다. 용기를 감압시키기 전에 분말을 Tg 보다 낮은 온도로 냉각시키고, 분말을 임계 온도보다 낮은 온도(주위 실내 온도)로 냉각시킴으로써, 임계 온도(31 ℃) 및 임계 압력(74 bar)을 훨씬 초과하는 온도(Tg: 약 100 ℃) 및 압력(약 102 bar)에서 초임계 이산화탄소를 분말의 내부 공극 내에 의도적으로 포획시켰기 때문에, 이러한 유리한 결과가 달성되었다.
발포 조성물 기체 함량(15 cc/g)을 내부 공극 부피(0.16 cc/g)로 나눈 후 수득된 94 대기압을 bar 단위로 환산함으로써(1 대기압 = 1.01325 bar), 25 ℃에서 내부 공극 내의 95 bar 기체 압력을 추정하였다. 이상 기체 법칙을 적용함으로써, 보다 낮은 온도에 대해 열거된 추정된 기체 압력을 수득하였다.
그러나, 냉각된 발포 조성물의 내부 공극 내의 기체상 이산화탄소와 액화 이선화탄소의 혼합물의 존재를 확인하기 위한 추정 방법은 필요하지 않는데, 왜냐하면 확립된 이론에 따르면, 포획된 초임계 유체가 임계 온도 바로 미만의 온도로 냉각됨에 따라 일부가 응축하여 임계 압력 바로 미만의 압력에서 포화된 증기(기체)상과 평형을 이루면서 접촉하는 액체상을 제공할 것이기 때문이다. 발포 조성물이 보다 낮은 온도로 추가로 냉각되면, 내부 공극 포화된 증기 압력은, 기체상의 점점 많은 부분이 응축하여 평형 혼합물 내의 액체상의 구성비율이 증가함에 따라, 저하될 것이다. 이러한 냉각 공정은 일반적으로, 압력이 온도의 함수로서 도시될 때, 이산화탄소 상태도의 잘 확립된 기체상-액체상 경계의 궤적을 따라갈 것이다. 일반적으로 임계 온도 바로 미만의 온도로 냉각되기 전 발포 조성물의 내부 공극 내에 포획된 초임계 유체의 압력이 높을수록, 포화된 증기와 평형을 이루는 액체로 응축되는 부분이 더 많고, 온도가 임계 온도보다 낮은 온도로 더 많이 저하될수록, 액체로 응축되는 포화된 증기의 부분이 더 많아진다. 따라서, 비교적 높은 초임계 유체 압력을 사용하면 일반적으로, 임계 온도보다 낮은 온도에서 냉각된 발포 조성물의 내부 공극 내에서 기체상 이산화탄소와 평형을 이루는 포획된 액화 이산화탄소의 부분이 비교적 더 많아질 것이다.
실시예 2
하기 예는, 본 발명에 따르는 연속적 유동 시스템이, 바람직하지 못한 입자 응집을 억제하는 것과 관련하여, 정적 시스템보다 이점을 갖고 있다는 것을 입증한다. 초임계 이산화탄소의 연속적 유동물을 용기의 저부 내로 도입시켜 분말을 가열 및 냉각시키는, 실시예 1에 전술된 절차에 따라, 제 1 발포 조성물(샘플 1)을 제조하였다.
세가지의 비교용 발포 조성물(샘플 2 내지 4)을 폐쇄 또는 정적 시스템에서 제조하였다. 각각의 비교용 샘플에서, 실시예 1의 다공질 분무-건조된 분말과 초임계 이산화탄소를 자켓-가열된 용기에 넣었다. 가압된 실린더로부터 취해진 이산화탄소를 용기에 채움으로써, 각각의 용기 내의 출발 압력을 36 내지 64 bar로 설정하였다. 이어서 용기를 밀봉하고, 온도가 분말의 유리전이온도보다 높아질 때까지 가열하였다. 각각의 용기 내의 최대 압력은 샘플 2에서 101 bar였고, 샘플 3에서 88 bar였고, 샘플 4에서 50 bar였다.
모든 네가지 샘플에 대해, 응집도를, 체질을 통해 결정된 바와 같이, 500 ㎛ 초과의 (입자크기를 갖는) 생성물의 %로서 결정하였다. 그 결과가 하기 표 3에 명시되어 있다. 본 발명에 따르는 연속적 유동 시스템에서 제조된 샘플 1은 유리하게도 500 ㎛ 초과의 생성물을 사실상 0 %로 가졌다. 비교해 보면, 폐쇄 또는 정적 시스템에서 제조된 샘플 2 내지 4는 500 ㎛ 초과의 생성물을 각각 40 %, 50 % 및 40 %로 가졌다. 따라서, 연속적 유동 시스템은 유리하게도 입자 응집을 억제함이 관찰되었다.
실시예 3
하기 예는 65 ㎜의 내경을 갖는 250 ㎖ 비이커에서 뜨거운(88 ℃) 물 200 ㎖로 재구성된 인스턴트 커피 분말 및 인스턴트 카푸치노 믹스에 있어서 본 발명의 이점을 보여준다.
하기 절차에 따라 발포 조성물을 제조하였다.
우선, 다수의 내부 공극을 함유하는 다공질 분무-건조된 가용성 커피 분말(500 ㎛ 초과의 물질이 0 %인 조건에서 레이저 회절에 의해 측정된 192 ㎛의 평균입자크기(D50)를 가짐) 1200 g을 8 ℓ 스테인레스강 압력 용기에 넣었다. 이러한 가용성 커피 분말은 약 60 ℃의 유리전이온도(Tg) 및 약 55 부피%의 내부 공극 부피를 가졌다. 이산화탄소 기체를 주위 온도(약 22 ℃)에서 용기의 저부 내로 도입시키고, 용기 내 압력이 55 bar 게이지에 도달할 때까지 가압하였다. 추가량의 이산화탄소 기체를 (이것의 임계 온도보다 높은) 약 85 ℃의 최대 온도로 점차 가열하고, 용기 내의 압력이 (74 bar의 임계 압력보다 높은) 100 bar 게이지에 도달할 때까지 용기의 저부 내로 도입시켰다. 이러한 가열 및 가압의 조건에서, 이산화탄소는 기체로부터 초임계 유체로 변환되었다.
일단 압력이 100 bar 게이지에 도달하면, 초임계 이산화탄소의 연속적 유동물을, (고압 펌프의 출구에서 측정 시) 약 10 ℓ/h의 속도로 분말층에 통과시키는 것을 개시하였다. 이산화탄소를 용기 내로 도입시키기 전에 분말의 Tg보다 높은 온도로 가열하고, 용기 내의 압력을 (74 bar의 임계 압력보다 높은) 약 100 bar 게이지의 압력에서 유지하였다.
일단 용기 내의 분말의 온도가 Tg를 초과하면, 분말을 약 10분 동안 상기 온도에서 유지하였다. 이 예에서, 용기를 가압시키고 용기의 출구에 가까운 지점에서 측정 시 60 ℃로 분말을 가열하는데 소요된 시간은 50분이었다. 이러한 예에서, 분말을 유리전이온도보다 높은 온도로 가열하는데 필요한 시간은, 존재하는 보다 다량의 분말 및 이러한 예에서 이산화탄소의 유속에 비해 보다 큰 압력 용기의 크기 때문에, 실시예 1에서 필요한 시간보다 더 길었다. 온도 측정 지점은 실질적인 사항들 때문에 실시예 1에서의 지점과 상이하였다. 해당 분야의 숙련자가, 용기 내로의 초임계 이산화탄소의 온도 및/또는 유속을 조절함으로써, 분말을 유리전이온도보다 높은 온도로 가열하는데 필요한 시간을 용이하게 변경시킬 수 있다.
용기를 감압시킨 후, 분리기를 비우고, 약 1.3 g의 향이 많이 나는 갈색 수성 물질이 존재한다는 것을 확인하였다. 이론에 의해 얽매이는 것을 바라는 것은 아니지만, 이러한 물질은, 물과, 가용성 커피 분말의 표면으로부터 추출된 방향 성분을 포함한다고 생각된다. 도 1을 보면, 분리기는 가용성 커피 분말을 함유하는 용기로부터의 이산화탄소의 유동물이 통과하는 가압 탱크를 포함한다. 분리기 내의 압력 및 온도를, 이산화탄소가 액체 상태와 증기 상태 둘 다로 존재할 수 있는 압력 및 온도로 유지하기 때문에, 분리기에 들어가는 이산화탄소는 액체 부분(분리기의 저부에서 수집됨)과 기체 부분으로 분리되며, 이것을 분리기의 최상부로부터 취해서 응축시키고, 가열한 후, 가용성 커피 분말을 함유하는 용기에 통과시킨다. 액체 이산화탄소에 가용성이지만 기체상 이산화탄소에는 불용성인, 분리기에 들어가는 이산화탄소 스트림 내에 존재하는 임의의 성분이 분리기 내에 보유된다.
이어서, 냉각된 이산화탄소 유동물을 30 ℃ 정도로 낮은 온도에서 약 10 ℓ/h의 속도로 용기 내로 도입시킴으로써, 분말을 100 bar 게이지의 압력에서 Tg 보다 낮은 온도로 급속하게 냉각시켰다. 이러한 예에서, 이산화탄소를 31 ℃의 이산화탄소 임계 온도보다 낮은 온도로 냉각시켜, 이산화탄소를 초임계 유체로부터 액체 형태로 변환시켰다. 도 3을 보면, 이렇게 하면, 유체와 분말 사이의 온도차가 증가하고, 동일한 압력 및 30 ℃에서의 액체 이산화탄소가 동일한 압력에서 (그러나 임계 온도보다 높은 온도에서) 초임계 이산화탄소보다 높은 밀도(약 0.77 g/cc) 및 열용량을 갖기 때문에, 동일한 압력에서 (그러나 임계 온도보다 높은 온도에서) 초임계 이산화탄소를 사용하는 경우에 비해, 분말의 냉각 속도가 유리하게도 증가하였다. 도 3을 보면, 가열 및 냉각 둘 다에 사용된 이산화탄소는 주위 온도에서 기체상 이산화탄소보다 유리하게 더 높은 밀도 및 열용량을 가졌다. 일단 분말의 온도가 약 35 ℃에 도달하면, 용기를 감압시키고 분말을 꺼냈다. 이러한 예에서, 분말을 (Tg보다 높은) 60.7 ℃의 온도로부터 (Tg보다 낮은) 49.8 ℃의 온도로 냉각시키는데 필요한 시간은 단 5분이었고, 용기를 (0 bar 게이지로) 냉각 및 감압시키는데 필요한 시간은 26분이었다.
포획된 초임계 이산화탄소를 함유하는 이러한 발포 조성물 3 g을, 통상적인 발포 크리머 분말과 설탕으로 이루어진, 전술된 바와 같이 재구성된 인스턴트 카푸치노 믹스 8.0 g에 첨가할 때, 거품의 높이(액체의 표면과 거품의 최상부 사이에서 측정됨)는 18 ㎜를 초과하였다. 이와 대조적으로, 가압된 분말을 첨가하지 않을 때 형성된 거품의 높이는 약 8 ㎜였다. 마찬가지로, 포획된 초임계 이산화탄소를 함유하는 발포 조성물 3 g을 (임의의 기타 성분을 첨가하지 않고서) 재구성시켜 인스턴트 커피 음료를 제공할 때, 거품의 높이(액체의 표면과 거품의 최상부 사이에서 측정됨)는 10 ㎜를 초과하였다. 이와 대조적으로, (포획된 초임계 이산화탄소 없이) 가압되지 않은 가용성 커피 분말을 재구성시켜 형성한 거품의 높이는 단 1.5 ㎜였다. 거품 밀도와 점증적 거품 부피에 대한 지식을 사용하여, 발포 조성물에 의해 방출된 기체의 양(실내 온도 및 압력에 대해 보정됨)을, 약 1.2 중량%의 추정된 기체 함량에 상응하는, 주위 온도(25 ℃) 및 주위 압력에서 분말 1 g 당 약 7 cc 이상으로 추정하였다. 발포 조성물은 약 0.07 cc/g의 측정된 내부 공극 부피에 상응하는, 약 9 부피%의 내부 공극 부피를 가졌다.
냉각된 발포 조성물의 내부 공극 내에 존재하는 포획된 초임계 유체의 압력을 결정하기 위해서, 실시예 1에서와 동일한 계산법을 적용할 때, 데이터는, 기체상 이산화탄소와 액화 이산화탄소의 혼합물이 이러한 예에서 분말의 내부 공극 내에 존재하고, 실시예 1의 발포 조성물을 포함하는 분말의 내부 공극에서 보다 약간 더 많은 구성비율의 액화 이산화탄소가 존재한다는 것을 보여준다.
관련 출원
본 출원은 본원에서 전문이 참고로 인용된, 2006년 12월 29일자로 출원된 미국 임시출원 제60/882,738호의 이점을 주장하는, 2007년 11월 21일자로 출원된 미국특허출원 제11/943,758호의 계속출원이다.

Claims (25)

  1. 약 10 ℃ 이상의 임계 온도를 갖는 초임계 유체를, 주위 온도보다 높은 유리전이온도를 갖는, 다수의 내부 공극을 포함하는 입자상 성분과, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 접촉시키고;
    입자상 성분을, 초임계 유체가 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내로 이동하는 것을 허용하기에 효과적인 시간 동안, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 유지하고;
    온도를 입자상 성분의 유리전이온도보다 낮은 온도로 저하시킴으로써 초임계 유체의 적어도 일부를 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내에 포획시키는
    것을 포함하는 발포 조성물의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 입자상 성분의 온도가 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도로 상승되도록 초임계 유체의 온도를 상승시키고;
    입자상 성분의 온도가 입자상 성분의 유리전이온도보다 낮은 온도로 저하되도록 초임계 유체의 온도를 저하시키는
    것을 추가로 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 입자상 성분을 초임계 유체의 연속적 유동물과 접촉시킴을 추가로 포함하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 초임계 유체가 이산화탄소, 아산화질소, 희귀 기체, 할로겐화 탄화수소, 및 탄화수소 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 초임계 유체가 약 0.1 내지 약 1.6 g/cc의 범위의 밀도를 갖는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 포획된 초임계 유체가 발포 조성물의 약 0.5 중량% 이상을 차지하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 포획된 초임계 유체의 적어도 일부가 액화 기체를 포함하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 초임계 유체에 가용성인 하나 이상의 첨가제를 혼입시킴을 추가로 포함하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 입자상 성분이 실질적 탄수화물-비함유 분말, 실질적 단백질-비함유 분말, 및 가용성 커피 분말 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  10. 약 10 ℃ 이상의 임계 온도를 갖는 포획된 초임계 유체를 함유하는 다수의 내부 공극을 갖는 입자상 성분을 포함하는 발포 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서, 초임계 유체가 이산화탄소, 아산화질소, 희귀 기체, 할로겐화 탄화수소, 및 탄화수소 중 하나 이상을 포함하는 발포 조성물.
  12. 제 10 항에 있어서, 초임계 유체가 약 0.1 내지 약 1.6 g/cc의 범위의 밀도를 갖는 발포 조성물.
  13. 제 10 항에 있어서, 포획된 초임계 유체가 발포 조성물의 약 0.5 중량% 이상을 차지하는 발포 조성물.
  14. 제 10 항에 있어서, 포획된 초임계 유체의 적어도 일부가 액화 기체를 포함하는 발포 조성물.
  15. 제 10 항에 있어서, 하나 이상의 가용성 첨가제가 초임계 유체에 혼입된 발포 조성물.
  16. 제 10 항에 있어서, 입자상 성분이 약 30 ℃ 이상의 유리전이온도를 갖고, 실질적 탄수화물-비함유 분말, 실질적 단백질-비함유 분말, 및 가용성 커피 분말 중 하나 이상을 포함하는 발포 조성물.
  17. 약 10 ℃ 이상의 임계 온도를 갖는 초임계 유체를, 주위 온도보다 높은 유리전이온도를 갖는, 다수의 내부 공극을 포함하는 입자상 성분과, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 접촉시키고;
    입자상 성분을, 초임계 유체가 입자상 성분의 다수의 내부 공극 내로 이동하는 것을 허용하기에 효과적인 시간 동안, 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 유지하고;
    온도를 입자상 성분의 유리전이온도보다 낮은 온도로 저하시킴으로써 초임계 유체의 적어도 일부를 입자상 성분 내에 포획시키는
    것을 포함하는 방법에 의해 제조된 발포 조성물.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 방법이, 입자상 성분의 온도가 입자상 성분의 유리전이온도보다 높은 온도로 상승되도록 초임계 유체의 온도를 상승시키고; 입자상 성분의 온도가 입자상 성분의 유리전이온도보다 낮은 온도로 저하되도록 초임계 유체의 온도를 저하시킴을 추가로 포함하는 발포 조성물.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 방법이, 입자상 성분을 초임계 유체의 연속적 유동물과 접촉시킴을 추가로 포함하는 발포 조성물.
  20. 제 17 항에 있어서, 초임계 유체가 이산화탄소, 아산화질소, 희귀 기체, 할로겐화 탄화수소, 및 탄화수소 중 하나 이상을 포함하는 발포 조성물.
  21. 제 17 항에 있어서, 초임계 유체가 약 0.1 내지 약 1.6 g/cc의 범위의 밀도를 갖는 발포 조성물.
  22. 제 17 항에 있어서, 포획된 초임계 유체가 발포 조성물의 약 0.5 중량% 이상을 차지하는 발포 조성물.
  23. 제 17 항에 있어서, 포획된 초임계 유체의 적어도 일부가 액화 기체를 포함하는 발포 조성물.
  24. 제 17 항에 있어서, 하나 이상의 가용성 첨가제가 초임계 유체에 혼입된 발포 조성물.
  25. 제 17 항에 있어서, 입자상 성분이 실질적 탄수화물-비함유 분말, 실질적 단백질-비함유 분말, 및 가용성 커피 분말 중 하나 이상을 포함하는 발포 조성물.
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