NL9202245A - Werkwijze voor het bereiden van een emulsie met instelbare viscositeit; de aldus bereide emulsie en voedingsmiddel verkregen onder toepassing van deze emulsie. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het bereiden van een emulsie met instelbare viscositeit; de aldus bereide emulsie en voedingsmiddel verkregen onder toepassing van deze emulsie.

De uitvinding heeft betrekking op de bereiding van een hitte-stabiele olie-in-water emulsie met instelbare viscositeit. De uitvinding heeft in het bijzonder betrekking op de bereiding van lichtzure voedingsprodukten met een dik-vloeibaar karakter.

Bij de bereiding van vloeibare voedingsmiddelen is de structuur of consistentie een belangrijke parameter, zulks in verband met de sensorische sensatie.

Deze consistentie, veelal ook met de viscositeit en/of de stevigheid aangegeven, bepaalt, naast de smaak, in sterke mate de perceptie van een voedingsmiddel.

De structuur wordt in hoofdzaak bepaald door de wisselwerking tussen de verschillende bestanddelen en in het bijzonder die met water. De mate waarin het aanwezige water kan worden gebonden is bepalend voor de hoogte van de viscositeit.

In het algemeen wordt, om een gewenste structuur te verkrijgen, aan het waterhoudende voedingsmiddel een verdikkings- of geleringsmiddel toegevoegd. Voorbeelden van dergelijke verdikkingsmiddelen, die al bij geringe concentratie in staat zijn veel water te binden en aldus een waterhoudend voedingsmiddel kunnen structureren, zijn polysaccha-riden zoals gommen, zetmelen en carragenen. Bij de bereiding van zure produkten zoals dressings worden dan ook met name zetmeel en gommen als verdikkingsmiddel gébruikt.

Deze polysacchariden missen echter het vermogen om een dispersie van vet of olie in water te stabiliseren; het zijn geen emulgeermiddelen.

In tegenstelling tot deze polysacchariden heeft eiwit, zoals ei-albuminen zowel gelerende als emulgerende eigenschappen. Omdat kippe-eiwit relatief kostbaar is en slechts in verse toestand goede functionele eigenschappen heeft, werd gezocht naar andere, goedkopere, eiwitbronnen.

Dit onderzoek heeft zich in het bijzonder gericht op de toepasbaarheid van wei-eiwitten voor zowel emulgator als verdikkingsmiddel, waarbij met name de aandacht gericht is op de vervanging van ei-dooier als emulgator bij de bereiding van mayonaise-achtige produkten.

Zo wordt in het Amerikaanse octrooischrift 3 892 873 de bereiding van dressings en mayonaise beschreven met een oliegehalte van ten minste 40%, waarbij gedeeltelijk thermisch gedenatureerde wei-eiwitten als emulgator en verdikkingsmiddel worden gebruikt. Daarbij vindt de thermische denaturatie van de wei-eiwitten voor tenminste 70% plaats. Omdat de emulgerende eigenschappen van gedenatureerd eiwit minder goed zijn, hebben aldus bereide produkten het bezwaar van een minder goede stabiliteit, in het bijzonder de emulsiestabiliteit.

In het Nederlandse octrooischrift 181326 wordt de toepassing beschreven van thermisch gemodificeerde en ontzoute wei-eiwitten als emulgator en structuurvormer in een yoghurtachtige dressing. Omdat de wei-eiwitten bij licht verhoogde pH zijn verhit, zijn zij wel gedenatureerd, maar oplosbaar gebleven. Ook deze werkwijze leidt tot een produkt met minder goede stabiliteit.

In het Europese octrooischrift 52 899 wordt een werkwijze beschreven voor het bereiden van een spread met een laag vetgehalte in de vorm van een water-in-olie emulsie. Hierbij worden naast wei-eiwitten ook verdikkingsmiddelen toegepast.

Een meer recente toepassing van wei-eiwitten als emulgator bij de bereiding van olie-in water emulsies wordt beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4 720 390, dat betrekking heeft op de bereiding van een gegeleerd produkt dat gébruikt kan worden als ingrediënt voor pannekoeken en desserts. Volgens de beschreven werkwijze wordt een emulsie met een eiwitgehalte tussen 4-12 gew% en een oliegehalte van 2-40 gew%, waarin de gemiddelde afmetingen van de vetdeeltjes tussen 0,1 en 6 jam ligt, batchgewijze verhit bij een pH tussen 3,5 en 8.

Een belangrijke beperking van deze werkwijze is, dat zij slechts toepasbaar is op eindprodukten, zodat een stromende, continue procesvoering bij de bereiding niet kan worden toegepast. De reden hiervoor is, dat onder, invloed van relatief hoge afschuifkrachten de verkregen structuur irreversibel wordt beschadigd, zodat het doormengen van andere bestanddelen door het eenmaal gestructureerde produkt niet mogelijk is.

Het doel van de onderhavige werkwijze is het verschaffen van een werkwijze, onder toepassing waarvan bij een continue procesvoering, stabiele en hitte bestendige emulsies worden verkregen, die bij een lichtzure pH waarde structuren opleveren, waarvan de viscositeit binnen bepaalde grenzen instelbaar is.

Volgens de uitvinding wordt een hitte-stabiele emulsie met instelbare viscositeit verkregen door het uitvoeren van de navolgende processtappen.

Als uitgangsprodukt wordt een olie-in-water emulsie bereid, met een gehalte aan olie, berekend op de totale emulsie, van 10 tot 25 gew%,en met een gehalte aan wei-eiwit van 3-7 gew%, eveneens berekend op de totale emulsie. Bij de bereiding van deze emulsie wordt zodanig gehomogeniseerd dat ten minste 85% van de aanwezige vetdeeltjes een gemiddelde diameter kleiner dan 1,2 μπι bezit, zoals bepaald met een Malvern PSA 2600. Hiertoe wordt bij voorkeur een homogenisatie-druk hoger dan 25 MPa toegepast.

Vervolgens wordt de pH van deze emulsie op een waarde hoger dan 6,5 en bij voorkeur op een waarde tussen 6,5 en 8,0 ingesteld, waarna de emulsie bij deze pH gedurende een periode van 0,5-5 minuten bij een temperatuur van 75-l40°C stromend wordt verhit. Hiertoe wordt bij voorkeur een verhittings-systeem gebruikt met een hoge opwannsnelheid in het gebied boven 75°C en in het bijzonder een direct verhittingssysteem (DSI) . Deze verhitting leidt tot een denaturatie van de wei-eiwitten maar niet tot een hitte-instabiliteit en dus bijvoorbeeld niet tot vlokvorming.

Hierna wordt de, door de voorgaande behandelingen “geactiveerde" emulsie afgekoeld tot een temperatuur beneden 20°C bij voorkeur beneden de 10°C, waarna, onder roeren, de pH ervan wordt ingesteld op een waarde tussen 4 en 5, waardoor in het uiteindelijke produkt een blijvende structuur wordt verkregen. Voor het instellen van deze pH waarde kan elk bekend voedingszuur, zoals bijvoorbeeld melkzuur worden toegepast.

Bij toepassing van bijvoorbeeld een WPC met een as/eiwitverhouding tussen 0,10 en 0,20 (WPC-50 resp WPC-35), voor het bereiden van een emulsie met maximaal 20% vet, waarbij, voor het verkrijgen van een optimale hittestabiliteit een eiwitgehalte wordt toegepast van maximaal 5%, kan de structuur op geschikte wijze worden aangébracht door de pH van de emulsie op een waarde tussen 4 en 4,5 in te stellen door in de emulsie een oplossing van een voedingszuur in te roeren.

Bij toepassing van een WPC met een as/eiwitverhouding tussen 0,03 en 0,10 kan zonder bezwaar een emulsie met een hoger wei-eiwitgehalte, bijvoorbeeld tot 7%, worden bereid.

Bij een dergelijke emulsie kan na de verhittingsstap de structuur op geschikte wijze worden aangebracht door aan de "geaktiveerde" emulsie aseptisch een NaCl oplossing te doseren tot een as/eiwitverhouding van 0,20 hoger, waarna of tegelijkertijd de pH wordt ingesteld op een waarde tussen 4 en 5.

Desgewenst kan de zuurdosering aseptisch worden uitgevoerd door in-line injectie en menging.

Door de gevormde structuur in het verkregen produkt verkrijgt dit een hoog-visceuze tot pasta-achtige consistentie, welke, afhankelijk van de eiwit/vet/verhouding, de pH en het asgehalte van het eiwit binnen zekere grenzen instelbaar is, zoals in de navolgende voorbeelden zal worden aangetoond. De gevormde structuur heeft een thixotroop karakter; het verliest aanschijnbare viscositeit onder roeren (shear) en dit neemt sterker af naarmate de shear toeneemt.

Dit verlies aan viscositeit herstelt zich na wegnemen van shear. Het verkregen produkt behoudt ondanks de afschuiving een homogeen en glad karakter; er treedt geen zichtbare synerese op. Het verkregen produkt kan om deze reden zonder verlies van de gladde, homogene structuur worden gemengd met andere bestanddelen zoals aromastoffen, groente- en fruitbestanddelen enz.

De werkwijze volgens de uitvinding is, door het continue karakter daarvan, zo flexibel, dat zowel eindprodukten als voedingsmiddelen, maar ook halffabricaten, zoals grondstoffen voor de bereiding van geneesmiddelen, bijvoorbeeld zalven enz kunnen worden bereid.

Verrassenderwijze is gebleken, dat de hitte-stabiliteit van de wei-eiwitten in de emulsie, welke onder toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding is bereid, zodanig is, dat deze emulsie, ook bij relatief hoge eiwitgehalten, verhit kan worden op temperaturen boven 75°C, zonder dat het systeem macroscopisch instabiel wordt. Mede hierdoor is het mogelijk om, bijvoorbeeld door middel van sproeidrogen, de emulsie in poedervorm te verkrijgen.

Voor het verwerken van de verhitte emulsie tot een emulsiepoeder dat na reconstitutie een gewenste viscositeit heeft wordt in het algemeen een droog zuurmiddel toegevoegd aan het poeder. Zo kan, wanneer bijvoorbeeld wordt uitgegaan van een wei-eiwit concentraat met een verhouding van as tot eiwit tussen 0,10 en 0,20 en welke bij een pH tussen 7 en 7,5 is verhit en vervolgens is gesproeidroogd, een zuurmiddel in de vorm van glucono-5-lacton of citroenzuur worden toegevoegd, zodat na reconstitutie de pH van het produkt zal liggen tussen 4,2 en 4,5.

De wei-eiwitten welke bij de werkwijze volgens de uitvinding worden toegepast, kunnen volgens een op zichzelf békende werkwijze zijn bereid.

Volgens een geschikte bereidingsmethode worden zij verkregen door ultrafiltratie van bijvoorbeeld kaaswei. Deze ultrafiltratie leidt tot een bepaalde verhouding van het eiwitgehalte tot het droge-stofgehalte en dus tot een bepaalde verhouding van wei-eiwit tot as. Het is gebruikelijk om aldus verkregen wei-eiwitconcentraten (WPC) te karakteriseren naar het wei-eiwitgehalte, zodat bijvoorbeeld WPC-80 een wei-eiwitconcentraat is met 80% (ongedenatureerde) wei-eiwitten.

De wei-eiwitten kunnen bijvoorbeeld ook worden verkregen door middel van ontsuikeren van een kaaswei, eventueel in combinatie met ontzouting door middel van electrodialyse of ionenwisseling, tot een eiwitgehalte, berekend op de droge stof, van bij voorkeur minimaal 35%.

In de emulsie volgens de uitvinding kan elk vet of elke olie, zowel plantaardige als dierlijke als ook mengsels daarvan, als bekend voor de bereiding van voedingsmiddel-emulsies zoals spreads en sausen worden toegepast.

De uitvinding wordt aan de hand van de navolgende experimenten en voorbeelden nader toegelicht.

Experiment 1

Ter bepaling van de hitte-stabiliteit van de emulsie volgens de uitvinding, werd het navolgende experiment uitgevoerd.

Een dispersie van 3,5% wei-eiwitten (A) , bereid uit een WPC-80 met een as/eiwit verhouding van 0,03 werd op een pH-waarde van 7,5 ingesteld met behulp van een natronloog-oplossing.

Een zelfde type wei-eiwitconcentraat, doch met een eiwitconcentratie van 5,5% (B) werd geëmulgeerd met 15% boterolie, door homogenisatie bij 30 MPa. De pH van deze olie-in-water emulsie werd eveneens op een waarde van 7,5 ingesteld.

Beide preparaten werden, onder verhitting van een buizenwarmtewisselaar, gedurende 5 minuten verhit bij 85°C. Dispersie (A) bleek hitte-instabiel te zijn en deze dispersie verliet sterk gevlokt de verhitter. Emulsie (B), waarvan 4,4% wei-eiwit niet in het olie/watergrensvlak aanwezig is, bleek daarentegen hitte-stabiel te zijn en deze emulsie verliet als een homogene dunne vloeistof de verhitter.

Experiment 2

Bij dit experiment werd de invloed van de pH bij verhitting op de hitte-stabiliteit enerzijds en op de mate van de viscositeit van een olie-in-water emulsie anderzijds onderzocht.

Een dispersie van wei-eiwitten met 6,5% eiwit werd bij 300 bar gehomogeniseerd met 15% boterolie, zodanig dat 5,5% wei-eiwit in de emulsie aanwezig was, en porties van deze emulsie werden op verschillende pH-waarden gébracht. Deze porties werden vervolgens gedurende 5 minuten bij 85°C stromend verhit op een laboratoriumverhitter.

Nadat de niet-uitgevlokte emulsies waren af gekoeld tot een temperatuur van 10°C, werd, onder toepassing van melkzuur en onder roeren, de pH ervan gebracht op een waarde van 4,3.

De gevormde structuren werden op de viscositeit beoordeeld. Deze viscositeit werd gemeten met een rotatieviscosimeter bij een af schuif snelheid van 227 s'1. In onderstaande tabel 1 zijn de resultaten van deze metingen weergegeven.

Bsperlasat........3

Bij dit experiment werd de invloed van het zoutgehalte, weergegeven als de as/eiwit verhouding, op de hittestabiliteit en op de mate van structuurvorming bij zure pH onderzocht.

Van wei-eiwitprodukten met een verschillende as/eiwit verhouding werd een 4,1% eiwitdispersie bereid en deze werd met 15% boterolie bij 25 MPa gehomogeniseerd, totdat een zodanige verdeling van de grootte van de vetbolletjes in de emulsie werd verkregen, dat ten minste 85% van deze deeltjes een gemiddelde diameter kleiner dan 1,2 μπι bezaten. De pH van deze emulsies werd op een waarde van 7,5 ingesteld en vervolgens werd stromend verhit zoals in experiment 2 werd aangegeven.

Nadat de preparaten waren afgekoeld en met melkzuur waren aangezuurd tot een pH van 4,3, werd de viscositeit gemeten bij 10°C en een af schuif snelheid van 129 s'1. De resultaten zijn in onderstaande tabel 2 weergegeven.

1) NaCl toegevoegd na verhitten van emulsie 2) NaCl toegevoegd voor het verhitten 3) Deze viscositeit is bepaald bij een afschuifsnelheid van 229 s-1

Experiment 4

Bij dit experiment werd de invloed van het vetgehalte, bij gelijkblijvend eiwitgehalte, op de viscositeit onderzocht.

Een aantal wei-eiwitdispersies, met een as/eiwit verhouding van 0,20 en bereid onder toepassing van een WPC-35, werden met een variërend gehalte aan boterolie gehomogeniseerd bij 25 MPa, totdat in alle gevallen een gehalte aan eiwit in de emulsie van 3% werd verkregen.

De pH van de emulsies werd met behulp van natronloog ingesteld op een waarde van 7,5 en met een buizenwarmtewisse-laar werd gedurende 5 minuten bij 90°C stromend verhit.

Na afkoelen werd de pH van de emulsies, onder toepassing van 10 gram glucono-5-lacton per kilogram produkt, langzaam op een waarde van 4,5 gebracht.

De viscositeit werd met behulp van een rotatie-viscosimeter bij een af schuif snelheid van 23 s'1 en 10°C gemeten, nadat de pH een waarde van 4,5 had verkregen.

In de navolgende tabel 3 zijn de gevonden viscositeiten in afhankelijkheid van het vetgehalte weergegeven.

Tabel 3

Vetgehalte Viscositeit (mPa.s) 10 960 12 1200 15 1750 17 2300

Vaorbeeld 1

In dit voorbeeld wordt de bereiding van een pasteus licht zuur produkt, onder toepassing van een continue procesgang, beschreven.

Onder toepassing van een WPC-50 wei-eiwit concent raat met een as/eiwit verhouding van 0,10 werden twee olie-in-water emulsies bereid welke 18 resp. 20% melkvet bevatte.

De emulsies bevatten 5,5 resp. 4,5% eiwit en zij werden bij 55°C in twee trappen gehomogeniseerd bij drukken van 25 resp. 4 MPa.

Door middel van loog-injecties werd de pH van de emulsies op een waarde van 7,5 gebracht en onder toepassing van het direkte UHT-systeem (Sterilab Alfa Laval) werden de emulsies verhit tot 130°C, gevolgd door een duurverhitting van 30 seconden.

Nadat de emulsies via een flash-koeling en warmtewisselaar tot 5°C waren afgekoeld, werden zij in-line aangezuurd met een 25%'s oplossing van melkzuur, tot de pH een waarde van 4,3 had verkregen.

Voor het aanzuren werd het zuur met behulp van een verdringerpomp geïnjecteerd en vervolgens werd het zuur gemengd met een in-line geplaatste hoogtoerige menger.

De verkregen pasteuze produkten werden aseptisch afgevuld in kleine containers. De emulsies werden voorafgaande aan en na het verhitten beoordeeld op vetbolgrootteverdeling (dvs) en na het verzuren op de mate van structuurvorming, zulks door het meten van de stevigheid; bepaald met behulp van LFRA-Stevens textuurmeter (conus 0 = 20 mm) (indringdiepte =20 mm)

Voorbeeld 2

In dit voorbeeld wordt het verpoederen van een geactiveerde wei-eiwitemulsie beschreven.

Onder toepassing van een twee-trapshomogenisatie bij drukken van 250 resp. 40 bar en 55°C werd een emulsie bereid, welke 20% melkvet bevatte. De emulsie werd bereid onder toepassing van een WPC-60-wei-eiwitconcentraat met een as/eiwit verhouding van 0,07. Het eiwitgehalte van de emulsie werd op 4% ingesteld.

Van een gedeelte van de verhitte emulsie werd, onder goed roeren, de pH op een waarde van 6 ingesteld, waarna 15% malto-dextrine werd opgelost (poeder B). Dit mengsel alsmede een ander deel van de emulsie met een pH van 7,2 (poeder A) werden vervolgens gedroogd via een twee-trapsdroger met een nozzle-verstuiver.

De luchtinlaat- en uitlaattemperatuur werden ingesteld op 80°C resp. 180°C. Het temperatuurtraj eet van het fluïdebed was 60, 40 en 20°C.

De beide emulsiepoeders werden vervolgens gekarakteriseerd op reconstitutie- en structuurvormende eigenschappen bij een pH van 4,3, terwijl beide poeders ook werden vergeleken met het niet-gedroogde produkt. De resultaten zijn in de navolgende tabel weergegeven.

U De agglomeraten van vetbollen met wei-eiwitten lossen niet op in water.

2) Na oplossen blijken de vetbollen fijn verdeeld; enkele kleine agglomeraten.

3> Door de geactiveerde emulsie bij een verhoogde pH te drogen agglomereren de door wei-eiwitten bedekte vetbolletjes via zwavelbruggen. Di-thiothreitol (DTT) is een reductiemiddel, dat specifiek deze disulfide-verbindingen verbreekt.

Claims (8)

1. Werkwijze voor het bereiden van een olie-in-water emulsie, met het kenmerk, dat een hitte-stabiele emulsie met instelbare viscositeit wordt verkregen door a) het bereiden van een olie-in-water emulsie met een gehalte aan olie van 10 tot 25 gew%, berekend op de totale emulsie en met een gehalte aan wei-eiwit·van 3-7 gew%, berekend op de totale emulsie, bij de bereiding van welke emulsie zodanig wordt gehomogeniseerd dat ten minste 85% van de aanwezige vetdeeltjes een gemiddelde diameter kleiner dan 1,2 μιη bezit, waarna b) de pH van deze emulsie op een waarde hoger dan 6,5 wordt ingesteld en vervolgens c) de emulsie bij deze pH gedurende een periode van 0,5-5 minuten bij een temperatuur van 75-140°C stromend wordt verhit, waarna d) de emulsie wordt afgekoeld tot een temperatuur lager dan 20°C waarna, onder roeren, de pH van de emulsie wordt ingesteld op een waarde tussen 4 en 5, waardoor in het uiteindelijke produkt een blijvende structuur wordt verkregen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1c, met het kenmerk dat het verkregen produkt vervolgens wordt gedroogd.

3. Werkwijze volgens conclusie l, met het kenmerk, dat de in stap b) van die conclusie bedoelde pH op een waarde tussen 6,5 en 8,0 wordt ingesteld.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de in stap c) van die conclusie beschreven verhittingsstap zodanig wordt uitgevoerd, dat zo snel mogelijk de temperatuur van 75°C-140°C wordt bereikt.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat voor de verhitting een direct verhittingssysteem (DSI) wordt toegepast.

6. Werkwijze volgens conclusie l, met het kenmerk, dat in stap d) wordt afgekoeld tot een temperatuur lager 10°C.

7. Emulsie verkregen onder toepassing van de werkwij ze volgens een of meer der conclusies 1-6.

8. Voedingsmiddel bevattende de emulsie volgens conclusie 7.