(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/EP02/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/EP02/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO03/ (13) B1 (51) Int.Cl. A23D 7/00 ( ) A23D 7/02 ( ) (54) Jadalny środek do smarowania w postaci emulsji typu W/O z ciągłą fazą tłuszczową i sposób jego wytwarzania (30) Pierwszeństwo: , EP, (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 09/05 (73) Uprawniony z patentu: UNILEVER N.V., Rotterdam, NL (72) Twórca(y) wynalazku: HINDRIK HUIZINGA, Vlaardingen, NL ANTON REID VAN IMMERSEEL, Vlaardingen, NL EDWARD G. PELAN, Vlaardingen, NL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/10 (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Jolanta Hawrylak PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Wynalazek dotyczy jadalnego, w postaci emulsji W/O z ciągłą fazą tłuszczową, środka do smarowania (pieczywa) (spreadu), który nie wymaga częściowych glicerydów dla jego stabilizacji. Przedstawiono także sposób wytwarzania takiego środka. Znane obecnie sposoby wytwarzania jadalnych środków do smarowania (pieczywa) typu emulsji W/O generalnie wykorzystują mono- i/lub diglicerydy (częściowo zestryfikowany glicerol, oznaczany też jako częściowe glicerydy) jako środki emulgujące. W szczególności, środki do smarowania o obniżonej zawartości tłuszczu, z dużą zawartością zdyspergowanej fazy wodnej nie mogą być wytwarzane bez wystarczającej ilości środków powierzchniowo czynnych, jak monoglicerydy, aby uzyskać trwałość emulsji (The Lipid Handbook, pierwsze wydanie strona 227). Mimo, że długołańcuchowe częściowe glicerydy, szczególnie monoglicerydy, są bardzo skutecznymi i bezpiecznymi środkami emulgującymi do stosowania w wytwarzaniu żywności, ale ponieważ otrzymuje się je na drodze chemicznych procesów to częściowe glicerydy nie są uważane za związki naturalne. Żywność klasyfikowana jako ekologiczna (ECO) spełnia zapotrzebowanie szybko rosnącej grupy konsumentów. Jej składniki muszą być zgodne z oficjalnie uznanymi zasadami (dyrektywa EU 2092/91) o uzyskiwaniu zaświadczenia, że żywność jest ekologiczna (ECO-food). Każdy składnik takiej żywności musi być naturalny, co oznacza, że jest naturalnego pochodzenia, został wytworzony tylko w naturalnych procesach i dalej nie był poddawany żadnej chemicznej obróbce. Obecnie nie jest możliwe takie wytwarzanie środków do smarowania o obniżonej (około 40% wagowych) zawartości tłuszczu i o trwałości w temperaturze otoczenia wynoszącej co najmniej jeden tydzień, aby taki środek mógł być zaklasyfikowany jako produkt ekologiczny, albo co najmniej jako produkt naturalny. Niektóre środki do smarowania na bazie tłuszczu maślanego klasyfikuje się jako produkty ekologiczne. Tłuszcz maślany nie jest oczyszczany i na ogół zawiera aż do 3% wagowych naturalnych środków emulgujących (emulgatorów): fosfolipidów i częściowych glicerydów, które zostały utworzone w spontanicznej hydrolizie maślanego tłuszczu. Dlatego środek do smarowania wytworzony z mleczarskim składnikiem może być stabilizowany przez naturalnie zawarty w nim emulgator. Na ogół, w celu wytwarzania żywności stosuje się tłuszcze, z których częściowe glicerydy zostały skutecznie usunięte przez oczyszczanie. W publikacjach WO 00/16638, WO 93/10665 i US opisano sposoby wytwarzania środków do smarowania, w których emulgator nie musi być dodawany. Produkt mleczarski, w szczególności tłuszcz maślany, znajduje się na liście składników. Jednak żadna z tych publikacji nie dotyczy szczególnego problemu wytwarzania środka do smarowania o obniżonej zawartości tłuszczu. Pewne wybrane publikacje zawierają odniesienia do stabilizacji emulsji typu W/O, o których podano że nie zawierają dodanych emulgatorów: JP/ zamiast emulgatora wykorzystuje się skrobię, która jednak jest chemicznie modyfikowana, zatem nie jest naturalną skrobią. Jednak w publikacji brak informacji o tym jak dostosować ten sposób do wytwarzania środków do smarowania o obniżonej zawartości tłuszczu. JP 10/ dotyczy wytwarzania margaryny, o której podano, że jest wolna od emulgatora. Jednak jej składniki obejmują składniki mleczarskie, a sposób wymaga nienaturalnych uwodornianych tłuszczów, jak uwodorniony olej rzepakowy. Jednak szczególny problem trwałości emulsji w środkach do smarowania o obniżonej zawartości tłuszczu nie jest omawiany. Podobnie, publikacje EP i EP dotyczą środków do smarowania typu emulsji W/O wolnych od emulgatora. Trwałość emulsji uzyskuje się za pomocą specjalnej aparatury obejmującej homogenizator i dodatkowy wymiennik ciepła ze skrobakami powierzchni (SSHE), ale nie zilustrowano przykładem wytwarzania środków do smarowania o obniżonej zawartości tłuszczu trwałych w warunkach otoczenia. Czasami (publikacje patentowe EP , US i EP ) naturalne skrobie stosuje się do zagęszczania fazy wodnej, ale zawsze towarzyszy im częściowy gliceryd, uważany za zapewniający trwałość emulsji. Niezależnie od tego, skrobie, jeżeli są stosowane same to nie są zdolne do stabilizowania emulsji. Niniejszy wynalazek dotyczy środków do smarowania o obniżonej zawartości tłuszczu, trwałych w temperaturze otoczenia przy nieobecności częściowych glicerydów oraz sposobu ich wytwarzania.

3 PL B1 3 Znaleźliśmy sposób wytwarzania jadalnego środka do smarowania o obniżonej zawartości tłuszczu, trwałego w temperaturze otoczenia przy nieobecności częściowych glicerydów, który to sposób wykorzystuje do przygotowywania fazy wodnej specyficzne środki zagęszczające i specyficzny proces. Przedmiotem wynalazku jest jadalny środek do smarowania w postaci emulsji typu W/O z ciągłą fazą tłuszczową, trwały w temperaturze otoczenia, w którym zawartość częściowych glicerydów wynosi 0-0,1% wagowych, liczone na środek do smarowania, przy czym środek do smarowania składa się z 25% do 60% wagowych, korzystnie 25% do 40% wagowych, liczone na produkt, ciągłej fazy triglicerydowego tłuszczu i zdyspergowanej fazy wodnej zawierającej naturalny środek zagęszczający charakteryzowany pikiem na wykresie lepkości jego wodnej dyspersji, przy czym stężenie tego środka zagęszczającego jest takie że jego wodna dyspersja ma pik lepkości wynoszący co najmniej 70 jednostek Brabendera (BU) na wykresie przedstawiającym lepkości wyrażone w jednostkach Brabendera w stosunku do temperatury dyspersji dla reżimu ogrzewania od temperatury 45 C aż do 90 C ze stałą szybkością 1,5 C/minutę, utrzymywaniem 90 C przez 15 minut, a potem chłodzeniem do 30 C z szybkością 1,5 C/minutę i utrzymywaniem w 30 C przez dalsze 15 minut. Korzystnie, całkowite stężenie częściowych glicerydów nie przekracza 0,05% wagowych. Korzystnie, środkiem zagęszczającym jest skrobia naturalnego pochodzenia, zwłaszcza wybrana z grupy składającej się ze skrobi ziemniaczanej, skrobi z tapioki, skrobi kukurydzianej i skrobi z kukurydzy woskowej. Także korzystnie, środek zagęszczający jest wybrany z grupy składającej się z pektyny, celulozy i pochodnych celulozy, ksantanu, karagenianu i galaktomanianów. W innym korzystnym wykonaniu, środkiem zagęszczającym jest białko, korzystnie białko mleczne lub sojowe. Korzystnie, środek zagęszczający w postaci wodnej dyspersji ma końcową lepkość wynoszącą co najmniej 60 BU. Korzystnie, środek według wynalazku zawiera tylko naturalne składniki i jest otrzymany przez naturalną obróbkę. Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania wyżej określonego środka do smarowania, który obejmuje etapy: a. przygotowania fazy wodnej z typowych składników fazy wodnej i fazy tłuszczowej z typowych składników fazy tłuszczowej, b. mieszania ilości fazy wodnej i tłuszczowej dających wstępną emulsję zawierającą 25 do 60% wagowych, korzystnie 25% do 40% wagowych ciągłej fazy tłuszczowej, c. poddawania tej emulsji typowemu chłodzeniu, ewentualnie inwertowaniu, i dalszej obróbce dającej plastyczny środek do smarowania typu emulsji W/O, przy czym obrabia się kompozycję fazy wodnej zawierającej naturalny środek zagęszczający charakteryzowany pikiem na wykresie lepkości jego wodnej dyspersji, przy czym stężenie tego środka zagęszczającego jest takie, że jego wodna dyspersja ma pik lepkości wynoszący co najmniej 70 jednostek Brabendera (BU) na wykresie przedstawiającym lepkości wyrażone w jednostkach Brabendera w stosunku do temperatury dyspersji dla reżimu ogrzewania od temperatury 45 C aż do 90 C ze stałą szybkością 1,5 C/minutę, utrzymywaniem 90 C przez 15 minut, a potem chłodzeniem do 30 C z szybkością 1,5 C/minutę i utrzymywaniem w 30 C przez dalsze 15 minut, przy czym fazę wodną przed zmieszaniem z fazą tłuszczową ogrzewa się do temperatury piku lepkości środka zagęszczającego, a potem miesza się z fazą tłuszczową. Korzystnie, w sposobie według wynalazku jako środek zagęszczający stosuje się skrobię, korzystnie preżelatynizowaną skrobię albo środkiem zagęszczającym jest skrobia naturalnego pochodzenia. Korzystnie, skrobia jest wybrana z grupy składającej się ze skrobi ziemniaczanej, skrobi z tapioki, skrobi kukurydzianej i skrobi z kukurydzy woskowej. Korzystnie, w sposobie według wynalazku stosuje się środek zagęszczający wybrany z grupy składającej się z pektyny, celulozy i pochodnych celulozy, ksantanu, karagenianu i galaktomanianów. Także korzystnie, w sposobie jako środek zagęszczający stosuje się białko, korzystnie białko mleczne lub sojowe. Korzystnie, w sposobie według wynalazku stosuje się wstępną emulsję o zawartości częściowych glicerydów 0-0,1% wagowego, korzystnie 0-0,05% wagowych.

4 4 PL B1 W korzystnym wykonaniu sposobu według wynalazku, stosuje się wyłącznie składniki klasyfikowane jako naturalne. Środek do smarowania według wynalazku jest uważany za trwały w temperaturze otoczenia jeśli spełnia z wartością 1 lub 2 co najmniej test c. procedury oceniania, przedstawionej w niniejszym opisie. Oznacza to, że środek do smarowania pozostaje trwały przez co najmniej siedem dni w temperaturze otoczenia 15 C, a nawet co najmniej dziesięć tygodni w temperaturze 5 C. Szczegółowy opis wynalazku Niniejszy wynalazek wykorzystuje środki zagęszczające (też określane jako zagęszczacze), charakteryzowane przez ich funkcjonalność polegającą na zwiększaniu lepkości fazy wodnej, stosowanej do wytwarzania kompozycji żywnościowej. Faza wodna, w której wystarczająca, ale względnie mała ilość środka zagęszczającego została zdyspergowana w podwyższonej temperaturze staje się gęstą, ale nadającą się do rozlewania cieczą, po schłodzeniu do temperatury otoczenia. Pewne środki zagęszczające, po zdyspergowaniu we względnie dużych stężeniach, w ogrzanej fazie wodnej powodują, że faza wodna staje się zżelowana, gdy schładza się ją do temperatury otoczenia. Takie środki zagęszczające nazywa się środkami żelującymi, ale one tworzą żele tylko, gdy są stosowane powyżej ich krytycznego stężenia. Jeżeli są stosowane poniżej tego stężenia to powstają tylko lepkie ciecze. Żel charakteryzuje się tym, że nie zachowuje się jak ciesz. Zachowuje on kształt pojemnika, w którym został utworzony, nawet po usunięciu z tego pojemnika. Środki zagęszczające występują w ogromniej różnorodności. Niektóre tworzą żele, gdy są stosowane w podwyższonych stężeniach, inne tylko zwiększają lepkość, nawet gdy są stosowane w dużych stężeniach. W kontekście niniejszego patentu środek zagęszczający oznacza substancję zwiększającą lepkość fazy wodnej, w której został zdyspergowany, ale zawsze jest stosowany w takim stężeniu, które nie powoduje żelowania fazy wodnej w temperaturach powyżej 15 C. W kontekście niniejszego wynalazku temperatury otoczenia mieszczą się w zakresie 15 C i powyżej. Jest oczywiste, że wyjątkowo wysokie temperatury otoczenia (30 C i powyżej) wpływają szkodliwie na trwałość emulsji każdego środka do smarowania, w tym środka do smarowania według wynalazku. Trwałość w temperaturze otoczenia oznacza wskazanie, że dla zachowania trwałości emulsji nie jest konieczne przechowywanie w temperaturach poniżej 15 C. Stwierdziliśmy, że można wytworzyć środek do smarowania o obniżonej zawartości tłuszczu, trwały w temperaturze otoczenia z fazą wodną, zawierającą środek zagęszczający o specyficznym profilu lepkości. Takie środki zagęszczające są wybrane z dużej grupy substancji znanych jako takie i obejmujących skrobie, pektynę, celulozę, i pochodne celulozy, gumę ksantanową, karagenian, galaktomaniany i białka. Wiele z nich klasyfikuje się jako naturalne. Ich specyficzny wpływ na trwałość środka do smarowania wywołuję się przez specyficzne przygotowanie fazy wodnej zawierającej taki środek zagęszczający. Została ona przygotowana w specyficznym procesie. Spośród takich środków zagęszczających naturalne skrobie i modyfikowane skrobie są dobrze znanymi składnikami stosowanymi do wytwarzania żywności. Skrobie uważa się za naturalne, jeżeli nie zostały poddane żadnej modyfikującej obróbce, innej niż wystawienie na działanie ciepła, kwasu lub środka bielącego. Sposoby wytwarzania emulsyjnych środków do smarowania zazwyczaj wykorzystują zmodyfikowane, nienaturalne skrobie. Jeżeli występują naturalne skrobie to, bez wyjątku, takie skrobie są używane bez specyficznej obróbki fazy wodnej i razem z dodatkowymi częściowymi glicerydami, ponieważ inaczej nie uzyskuje się trwałej emulsji. Wynalazek wykorzystuje środki zagęszczające, w szczególności naturalne skrobie, do nadawania emulsji trwałości. Obecność częściowych glicerydów nie jest konieczna. Stwierdziliśmy, które naturalne środki zagęszczające kwalifikują się do użycia, oraz jakie elementy obróbki są niezbędne do przygotowania odpowiedniej fazy wodnej zawierającej takie środki zagęszczające. Ponieważ częściowe glicerydy są środkami nadmiarowymi (nie są niezbędne) to wynalazek umożliwia wytwarzanie trwałego środka do smarowania typu ekologicznego ze środkiem zagęszczającym także kwalifikowanym jako ekologiczny, w szczególności z naturalną skrobią, korzystnym środkiem zagęszczającym w niniejszym wynalazku. Skrobie i inne środki zagęszczające, które kwalifikują się do użycia w wynalazku charakteryzuje się wartością piku na wykresie lepkości Brabendera jego wodnej dyspersji. Dla dyspersji używanych w pomiarach lepkości musi być stosowane takie stężenie środka zagęszczającego, przy którym mierzony pik lepkości wynosi co najmniej 70 BU. Korzystnie, końcowa lepkość tej samej wodnej dyspersji

5 PL B1 5 wynosi co najmniej 60 BU. Wykres lepkości określa się według pomiarów zgodnych z protokołem wiskografu Brabendera, przy czym lepkości i protokół są opisane w dalszej części niniejszego opisu. Dla przygotowywania fazy wodnej, odpowiedniej dla środka do smarowania według wynalazku, środek zagęszczający stosuje się w co najmniej takim samym stężeniu jak użyto w dyspersji stosowanej do pomiaru Brabendera dla zastrzeżonego minimum piku lepkości. Stężenia środka zagęszczającego można zwiększyć poza tę wartość, ale bez przekraczania krytycznego stężenia zmieniającego środek zagęszczający w żelujący. Typową cechą wielu skrobiowych środków zagęszczających, które kwalifikują się do stosowania w wynalazku, jest ich mała zawartość amylozy. Takie skrobie są niezdolne do tworzenia żelu, co najmniej stosowane w stężeniach używanych w przedstawionej fazie wodnej. Takie skrobie są korzystnie naturalnymi skrobiami, w szczególności są skrobiami naturalnego pochodzenia. W kontekście niniejszego opisu skrobia jest uważana za naturalną, gdy nie została poddana żadnej obróbce modyfikującej innej niż wystawienie na działanie ciepła, kwasu lub środka bielącego. Korzystne naturalnego pochodzenia skrobie to skrobia ziemniaczana, skrobia z tapioki i skrobia z kukurydzy woskowej. Guma ksantanowa, pektyna i kilka białek są przykładami nie skrobiowych środków zagęszczających, które są naturalne i mogą nadawać prawidłowo wytworzonym środkom do smarowania o obniżonej zawartości tłuszczu żądaną trwałość emulsji. Środki zagęszczające jak, na przykład skrobia ryżowa i skrobia z ryżu woskowego, chociaż są szeroko stosowane do wytwarzania środków do smarowania wydają się być nieodpowiednie do stosowania w wynalazku. Dla trwałości emulsji zawsze wymagana jest także obecność częściowych glicerydów. Środki zagęszczające, które kwalifikują się, mogą być stosowane w dowolnych kombinacjach i w dowolnym odpowiednim stosunku dla wytwarzania środka do smarowania, pod warunkiem że kombinacja spełnia zastrzeżone krytyczne wartości lepkości. Nieoczekiwanie środki do smarowania według wynalazku przy nieobecności częściowych glicerydów pozostają trwałe, przez co najmniej siedem dni w temperaturze otoczenia 15 C, a w zależności od składu środka do smarowania nawet przez sześć tygodni w temperaturze 25 C. Korzystnie środek do smarowania przygotowuje się wyłącznie z naturalnych składników. Nienaturalne składniki także mogą być wprowadzane. Środek do smarowania według wynalazku nie zawiera znacznych ilości dodanego częściowego glicerydu. Ponieważ dla wystąpienia trwałości emulsji środek do smarowania musi zawierać co najmniej 0,1% wagowych, przynajmniej 0,05% wagowych częściowych glicerydów, zawartość częściowych glicerydów w środku do smarowania według wynalazku wynosi 0 do 0,1% wagowych, korzystnie 0 do 0,05% wagowych. Te zakresy obejmują małe ilości naturalnych częściowych glicerydów utworzonych przez hydrolizę tłuszczu. Takie ilości nie są wystarczające, aby dawać trwałe w temperaturze otoczenia środki do smarowania pieczywa o małej zawartości tłuszczu. Dodatkową korzyścią wynalazku jest to, że kosztowne środki zagęszczające, jak żelatyna i modyfikowane skrobie, jak używane w przedstawionych tutaj kompozycjach fazy wodnej, mogą być zastąpione znacznie tańszym środkiem zagęszczającym, w szczególności skrobią naturalnego pochodzenia, oczywiście pod warunkiem, że fazę wodną wytworzy się zgodnie z wynalazkiem. Wygodnie jest fazę wodną przygotowywać z wstępnie preżelatynizowaną skrobią, która jest skrobią wytworzoną z jednej ze skrobi jak wcześniej określone, a po zdyspergowaniu w fazie wodnej poddano ją obróbce cieplnej jak opisana w zastrzeganym procesie, ale którą potem wysuszono, na przykład przez suszenie rozpyłowe. Takie preżelatynizowane skrobie potrzebują tylko rozpuszczenia z innymi składnikami fazy wodnej, bez następnego ogrzewania fazy wodnej, aż do piku temperaturowego. Bez chęci wiązania się teorią uważamy, że skrobiowy środek zagęszczający wybrany i obrobiony zgodnie z niniejszym wynalazkiem występuje w fazie wodnej w % wagowych w postaci cząstek napęczniałych przez absorpcję wody, a w 0-10% wagowych jako rozproszone cząstki skrobi. Napęczniałe cząstki skrobi rozpadają się w dalszej obróbce mającej na celu wytworzenie środka do smarowania, ale część z nich pozostaje i w końcowym produkcie mogą być zidentyfikowane pod mikroskopem. Sposoby wytwarzania środków do smarowania o małej zawartości tłuszczu rozpoczynają się od fazy tłuszczowej i fazy wodnej i są dobrze znane specjalistom w tej dziedzinie. Można je znaleźć ze wszystkimi szczegółami w różnych podręcznikach, jak K. A. Alexandersen, Margarine Processing Plants and Equipment (tom 4, Bailey's Industrial Oil and Fat Products, Wiley and Sons Inc., New York 1996).

6 6 PL B1 Wiskograf Brabendera jest dobrze znanym urządzeniem do pomiaru zależności temperatury i lepkości zdyspergowanych skrobi i innych środków zagęszczających. Standardowy protokół używania wiskografu Brabendera do pomiaru dyspersji skrobi lub innego środka zagęszczającego, jest szczegółowo przedstawiony w dalszej części niniejszego opisu. Z otrzymywanych wykresów lepkości można odczytać wcześniej wymieniany pik lepkości, jak też końcową lepkość, która jest lepkością dyspersji środka zagęszczającego po ochłodzeniu do temperatury 30 C na końcu pomiaru lepkości. Lepkości dyspersji środka zagęszczającego są zależne od stężenia. Wykresy lepkości skrobi określano dla wodnej dyspersji o zawartości skrobi 3,3% wagowych. Zastrzegane lepkości przy piku temperaturowym i w końcowej temperaturze dotyczą dyspersji skrobi o takim stężeniu. Gdy ma być opracowany wykres lepkości dla nie skrobiowego środka zagęszczającego to najpierw należy przeprowadzić próby z kilkoma stężeniami dla sprawdzenia czy dla danej dyspersji można określić wykres lepkości, który wykaże maksimum przy ogrzewaniu zgodnie z protokołem. Minimalne stężenie do stosowania takiego środka zagęszczającego w procesie wytwarzania środka do smarowania jest najmniejszym stężeniem, dla którego w pomiarze lepkości uzyskano pik lepkości 70 BU. Ponadto, korzystne środki zagęszczające mają lepkość końcową, wynoszącą co najmniej 60 BU, przy tym samym stężeniu. Jeżeli krytycznego piku lepkości nie można uzyskać przez dostosowywanie stężenia środka zagęszczającego, to taki środek zagęszczający nie kwalifikuje się do stosowania w wynalazku. Dla skrobi minimalne stężenie wydaje się wynosić około 2% wagowych, dla gumy ksantanowej około 0,5% wagowych, dla pektyny około 0,7% wagowych, a dla białka około 3,5% wagowych. Chociaż wartość końcowej lepkości nie jest krytyczna dla wytworzenia dobrego środka do smarowania to okazało się, że emulsje o małej zawartości tłuszczu wytworzone ze środkiem zagęszczającym mającym końcową lepkość powyżej 60 BU wyraźnie lepiej wytrzymują wysokie temperatury otoczenia, oczywiście przy nieobecności częściowych glicerydów. Na ogół, wytwarzanie środków do smarowania o obniżonej zawartości tłuszczu według wynalazku rozpoczyna się od przygotowania wstępnej emulsji, która jest albo emulsją z ciągłą fazą tłuszczową, albo emulsją z ciągłą fazą wodną. W tym ostatnim przypadku etapy obróbki obejmują inwersję początkowej emulsji typu O/W do żądanej emulsji typu W/O. Warunki obróbki dla takiej inwersji są dobrze znane ze stanu techniki. Opcja z inwersją, rozpoczynająca się od emulsji typu O/W jest zalecana, gdy końcowa lepkość fazy wodnej jest większa niż 90 BU, a zwłaszcza wtedy, gdy końcowa lepkość jest większa niż 100 BU. Określenia premiks i wstępna emulsja (preemulsja) są stosowane wymiennie i odnoszą się do grubej emulsji, także określanej jako dyspersja, powstałej z początkowego zmieszania fazy wodnej z fazą tłuszczową. Fazę wodną przygotowuje się przez, najpierw zmieszanie wszystkich składników fazy wodnej, w tym wybranego środka zagęszczającego. Potem fazę wodną ogrzewa się do temperatury piku lepkości środka zagęszczającego (dalej określanego pik temperaturowy ). Jeżeli skrobia jest środkiem zagęszczającym to ogrzewanie powyżej piku temperaturowego powoduje rozpad napęczniałych cząsteczek skrobi. Dlatego ogrzewanie fazy wodnej przerywa się, korzystnie kilka stopni Celsjusza poniżej piku temperaturowego. Następnie, zagęszczoną fazę wodną miesza się z fazą tłuszczową. W przypadku względnie wysokiego piku temperaturowego fazę wodną przed zmieszaniem ochładza się do odpowiedniej temperatury mieszania, na przykład 60 C. Otrzymany premiks poddaje się chłodzeniu i dalszej obróbce, które są typowe dla wytwarzania środków do smarowania. Skrobia, wybrana jako odpowiednia do stosowania w wynalazku może być tak zwaną preżelatynizowaną skrobią. Obróbka fazy wodnej zawierającej taką skrobię jest taka sama jak opisano powyżej dla zwykłej skrobi. Ewentualnie przygotowywanie odrębnego premiksu zastępuję się bezpośrednim porcjowaniem obu wstępnie przygotowanych faz, z ich zbiorników, do pierwszego wymiennika ciepła ze skrobakami powierzchni (votator, jednostka A). Stężenie środka zagęszczającego w fazie wodnej jest równe co najmniej stężeniu dyspersji niezbędnemu do otrzymania wartości krytycznego piku lepkości według protokołu Brabendera. Jednak stężenie nigdy nie powinno przekraczać stężenia powodującego, że zagęszczona faza żeluje w temperaturach powyżej 15 C. Odpowiednie stężenia dla pewnych pospolitych środków zagęszczających są w poniższych zakresach, dla skrobi 2 do 6% wagowych, dla gumy ksantanowej 0,5 do 1,0% wagowych, dla pektyny 0,4 do 1% wagowych, dla białka 3,5 do 10% wagowych. W tabeli I przedstawiono właściwości wodnych dyspersji różnych środków zagęszczających.

7 PL B1 7 Typ skrobi Stężenie wodnej dyspersji [% wagowych] T a b e l a I Pik lepkości [BU] Pik temperaturowy [UC] Końcowa lepkość [BU] Czy kwalifikuje się? (*) Skrobia ziemniaczana 3, TAK Skrobia z kukurydzy woskowej 3, TAK Skrobia z tapioki 3, TAK Obrabiana termicznie skrobia ziemniaczana 3, TAK Skrobia ryżowa 3, NIE Skrobia z ryżu woskowego 3, NIE Guma ksantanowa 0, ,8 82 TAK Pektyna 0, ,4 158 TAK Mleczarskie białko 3, ,6 0 TAK (*) kwalifikuje się do użycia (TAK/NIE) w fazie wodnej do wytwarzania środka do smarowania Aparatura, składniki i warunki stosowane w sposobie według wynalazku (w zakresie nie określonym w opisie) są jak typowe stosowane przy wytwarzaniu środków do smarowania. Środki do smarowania według wynalazku zawierają 25% do 60%, korzystnie 25% do 40% wagowych fazy tłuszczowej. Tłuszcz fazy tłuszczowej obejmuje triglicerydy wybrane z roślinnych lub zwierzęcych źródeł. Takie roślinne triglicerydy obejmują olej sojowy, słonecznikowy, palmowy, z ziaren palmowych, zarówno wysoko jak i niskoerukowy olej rzepakowy, olej z orzechów kokosowych, z oliwek, sezamowy, z orzeszków ziemnych, kukurydziany oraz ich mieszaniny. Triglicerydy ze zwierzęcych źródeł obejmują olej rybny, łój i tłuszcz mleczarski. Należy zauważyć, że w niniejszym opisie określenia olej i tłuszcz są stosowane wymiennie. Tłuszcz, który jest ciekły w temperaturach otoczenia zazwyczaj określa się jako olej. Zazwyczaj nadający strukturę tłuszcz, na przykład uwodorniony olej palmowy, tworzy część kompozycji fazy tłuszczowej. Taki tłuszcz może być poddawany chemicznej i/lub fizycznej modyfikacji, jak bielenie, frakcjonowanie i/lub interestryfikowanie. Korzystnie, tłuszcz zawarty w środkach do smarowania według wynalazku składa się z triglicerydów pochodzących ze źródeł roślinnych. Korzystnie, tłuszcz klasyfikuje się jako naturalny. Na ogół, skład tłuszczu w fazie tłuszczowej nie jest krytyczny. Ze względów organoleptycznych, korzystne jest stosowanie tłuszczu o zawartości stałych składników w temperaturze 35 C mniejszej niż 5% wagowych (liczone na wagę tłuszczu), bardziej korzystnie mniejszej niż 3% wagowych. Dla uzyskania dobrego rozsmarowywania zawartość stałych składników w tłuszczu w temperaturze 20 C korzystnie mieści się między 5% a 30% wagowych, korzystnie między 5% a 20% wagowych. W temperaturze 5 C zawartość stałych składników tłuszczu korzystnie mieści się między 5% a 50% wagowych, korzystniej między 10% a 40% wagowych. Zawartość stałych składników tłuszczu (wartość N) wskazuje na ilość tłuszczu występującego w stanie stałym i jest wyrażana jako procent wagowy całej ilości tłuszczu. Wartość N można określać konwencjonalnymi metodami opisanymi w publikacji Fette, Seifen, Anstrichmittel, 80 (1978), Dokładniej, skład tłuszczu zależy od żądanej konsystencji końcowego produktu, który jest albo środkiem do smarowania w postaci owijanej kostki, środkiem do smarowania w twardym kubku, albo w miękkim opakowaniu. Ewentualnymi składnikami środka do smarowania są środki smakowo-zapachowe, laktoza, sól, środki konserwujące, środki zakwaszające, witaminy i środki barwiące. Kompozycja może także zawierać mleczarskie składniki, jak białka, które mogą pochodzić z mleczarskiego źródła. Środek do smarowania ma wartość ph w zakresie 3 do 10, korzystnie 3,5 do 5,5, z odpowiednim środkiem zakwaszającym, jak kwas mlekowy lub cytrynowy. Optymalne właściwości organoleptyczne (szybkie rozpadanie się emulsji w ustach, brak odczuwania woskowatej konsystencji) uzyskuje się, gdy faza tłuszczowa całkowicie topi się w zakresie 20 do 45 C, bardziej korzystnie 30 do 37 C.

8 8 PL B1 Chłodzenie i obrabianie premiksu prowadzi się zgodnie z metodami znanymi ze stanu techniki, w sekwencji wymienników ciepła ze skrobakami powierzchni (jednostki A) i co najmniej jednym mieszalnikiem z mieszadłem palczastym (jednostka C). Korzystnie premiks przepuszcza się przez sekwencję jednostek A1-A2-A3-C składającą się z trzech wymienników ciepła ze skrobakami powierzchni i jednego mieszalnika z mieszadłem palczastym. Dla procesu bez etapu inwersji odpowiednie temperatury na wyjściach po jednostkach A (szybkości wałów 800 obrotów na minutę) wynoszą kolejno: (po jednostce Al) 25 ± 2 C, (po jednostce A2) 18 ± 2 C, (po jednostce A3) 9 ± 2 C. Odpowiedni stosowany na małą skalę mieszalnik z mieszadłem palczastym ma objętość 3 litrów, szybkość mieszadła mieści się w zakresie obrotów na minutę, a zazwyczaj wynosi 250. Dla sposobów z etapem inwersji odpowiednie temperatury na wyjściu po jednostkach A (szybkości wałów 800 obrotów na minutę) wynoszą kolejno: (po jednostce Al) 20 ± 2 C, (po jednostce A2) 12 ± 2 C, (po jednostce A3) 7 ± 2 C. Gdy sposób jest procesem z etapem inwersji to mieszalnik z mieszadłem palczastym jest mieszalnikiem z wysokoobrotowym mieszadłem palczastym, korzystnie z szybkością wału około 800 obrotów na minutę. Protokół wiskografu Brabendera Wiskograf Brabendera jest urządzeniem powszechnie stosowanym do pomiarów lepkości dyspersji skrobi, a jego używanie jest de facto standardem w przemyśle skrobiowym od ponad pół wieku. Dla określenia, czy środek zagęszczający kwalifikuje się do stosowania w preparatach środka do smarowania według wynalazku, należy określić wodną dyspersję dla wiskografu Brabendera. Wiskograf jest wykresem wartości lepkości zapisywanych w funkcji temperatury. Dla określenia wiskografu, na przykład dla skrobi, urządzenie mierzy lepkość dyspersji (zawiesiny) przygotowanej przez zdyspergowanie w wodzie 15 gramów skrobi (lub innego środka zagęszczającego) aż do całkowitej objętości 450 ml. Trzpień wiskografu, obracający się z szybkością 75 obrotów na minutę, powinien być całkowicie przykryty zawiesiną skrobi. Gdy temperatura zawiesiny stopniowo wzrasta, to jej lepkość sposób ciągły monitoruje się, mierzy i zapisuje. Zmiany temperatury następują zgodnie z reżimem ogrzewania podanym poniżej. Wiskograf stanowi wykres przedstawiający lepkości, wyrażone w jednostkach Brabendera, w stosunku do temperatury zawiesiny. Reżim ogrzewania zgodnie z protokołem pomiarowym obejmuje ogrzewanie od 45 C aż do 90 C ze stałą szybkością 1,5 C/minutę, utrzymując 90 C przez 15 minut, potem chłodzi się zawiesinę do 30 C z szybkością 1,5 C/minutę i utrzymuje się 30 C przez dalsze 15 minut. Wiskograf odpowiedniej zagęszczającej dyspersji wykazuje maksymalną lepkość, co jest oznaczane jako pik lepkości. Temperatura, przy której uzyskuje się pik lepkości jest oznaczana jako pik temperatury, albo dla skrobiowego środka zagęszczającego temperatura żelowania. Wartość lepkości na końcu protokołu (30 C) jest nazywana lepkością końcową. Aby zakwalifikować środek zagęszczający, jako odpowiedni do stosowania w fazie wodnej, zmierzona wartość piku lepkości powinna przekraczać zastrzeganą wartość. Rodzaj środka zagęszczającego i znaleziony dla niego pik temperaturowy są ważnymi parametrami stosowanymi przy przygotowywaniu fazy wodnej. Ocena trwałości emulsji Trwałość emulsji ocenia się w teście, który jest powszechnie stosowany do określania trwałości środka do smarowania i który obejmuje energiczne rozprowadzanie próbki produktu na grubym papierze. Próbki a, b i c pobiera się po przechowywaniu próbek środka do smarowania przez: a. 1 tydzień w temperaturze 5 C, b. 10 tygodni w temperaturze 5 C, c. 1 tydzień w temperaturze 15 C, a potem przechowywanie przez 2 dni w 25 C i na koniec przechowywanie przez 1 dzień w 10 C (cykl temperaturowy). W teście stosuje się poniższą punktową ocenę: 1: doskonałe rozprowadzanie: brak mięknięcia podczas rozprowadzania; 2: dobre rozprowadzanie: produkt może mięknąć podczas rozprowadzania; 3: średnie rozprowadzanie: produkty wykazują wyraźne kropelki oleju lub kropelki wody po rozprowadzeniu; 4: nie akceptowalne rozprowadzanie: produkty wykazują duże kropelki wody lub oleju; 5: produkt jest zupełnie zniszczony. Środki do smarowania uważa się za trwałe w warunkach otoczenia, gdy spełniają co najmniej test c. z wartościami 1 albo 2.

9 PL B1 9 Wynalazek jest zilustrowany poniższymi przykładami. Wszystkie procenty podane w opisie są procentami wagowymi, jeżeli nie podano inaczej. P r z y k ł a d y 1-6 Przygotowywanie środków do smarowania pieczywa (spreadów) z użyciem nie inwersyjnego procesu Składy kompozycji faz, wartości krytycznych lepkości środka zagęszczającego i wartości oceny trwałości przedstawiono w tabeli II. Dla chłodzenia i dalszej obróbki wstępną emulsję obu faz przepuszcza się przez sekwencję A1-A2-A3-C trzech wymienników ciepła ze skrobakami powierzchni i mieszalnik z mieszadłem palczastym. Odpowiednie temperatury na wyjściach po jednostkach A (szybkości wałów 800 obrotów na minutę) wynosiły odpowiednio: (po jednostce A1) 25 ± 2 C, (po jednostce A2) 18 ± 2 C, (po jednostce A3) 9 ± 2 C. Mieszalnik z mieszadłem palczastym miał objętość 3 litrów, a mieszadło pracowało z szybkością 250 obrotów na minutę. T a b e l a II Przykład Faza tłuszczowa % % % % % % Tłuszcz 60,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 Lecytyna 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 Naturalny środek barwiący 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 Faza wodna Woda 37,26 57,26 56,76 55,26 55,26 55,26 Skrobia kukurydziana 1,05 Skrobia z kukurydzy woskowej 1,00 1,00 1,50 3,00 1,95 Skrobia ziemniaczana 3,00 Proszek odtłuszczonego mleka 1,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 Sól 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Udana obróbka W/O? Tak Nie Nie Tak Tak Nie Środek do smarowania Test a Środek do smarowania Test b Środek do smarowania Test c Lepkość (jednostki Brabendera) Pik lepkości (celowany > 70) Końcowa lepkość (celowana, korzystna > 60) Tylko próbki według przykładów 1, 4 i 5 otrzymano w procesie bez inwersji, jak wyżej opisany. Przy próbach obróbki próbek według przykładów 2, 3 i 6, premiks z ciągłą fazą olejową ponownie inwertował do premiksu z ciągłą fazą wodną w ciągu kilku minut po przygotowaniu premiksu. Takie same środki zagęszczające były z sukcesem stosowane w kompozycja według przykładów 9 do 12. Próbki według przykładów 1, 4 i 5 były temperaturowo trwałe według testów a, b i c: brak widocznego wypacania oleju lub wody. Środki do smarowania pozostały trwałe nawet w cyklu temperaturowym według testu c.

10 10 PL B1 P r z y k ł a d y 7-17 Przygotowywanie środków do smarowania pieczywa (spreadów) z użyciem inwersyjnego procesu Składy kompozycji faz, wartości krytycznych lepkości środka zagęszczającego i wartości oceny trwałości przedstawiono w tabelach IlIa i Illb. Dla chłodzenia i dalszej obróbki wstępną emulsję obu faz przepuszcza się przez sekwencję A1-A2-A3-C trzech wymienników ciepła ze skrobakami powierzchni i mieszalnik z mieszadłem palczastym. Odpowiednie temperatury na wyjściach po jednostkach A (szybkości wałów 800 obrotów na minutę) wynosiły odpowiednio: (po jednostce A1) 20 ± 2 C, (po jednostce A2) 12 ± 2 C, (po jednostce A3) 7 ± 2 C. Szybkoobrotowy mieszalnik z mieszadłem palczastym, w którym zachodziła inwersja, miał szybkość wału około 800 obrotów na minutę. Wszystkie próbki z sukcesem otrzymano w procesie inwersji. Tylko próbki według przykładów 13 i 14 nie spełniały testu rozsmarowywania, czego należało oczekiwać z powodu nieodpowiednich wartości BU użytego środka zagęszczającego, którym była skrobia ryżowa. T a b e l a IIla Przykład Faza tłuszczowa % % % % % % Tłuszcz Lecytyna 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 Naturalny środek barwiący 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 Faza wodna Woda 56,3 55,3 56,3 55,3 61,7 56,3 Skrobia z tapioki 2,00 3,00 Skrobia ziemniaczana 2,00 3,00 4,00 Skrobia z kukurydzy woskowej 2,00 Proszek odtłuszczonego mleka 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 Sól 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Proces inwersji? tak tak tak tak tak tak Środek do smarowania Test a Środek do smarowania Test b Środek do smarowania Test c Lepkość (jednostki Brabendera) Pik lepkości (celowany > 70) Końcowa lepkość (celowana, korzystna > 60) Próbka 11 mająca najmniejszą zawartość tłuszczu, była poddawana wyjątkowo ostremu traktowaniu temperaturowemu. Nawet przy przechowywaniu przez sześć tygodni w temperaturze 30 C, ta wrażliwa pod względem trwałości próbka jednak pozostała trwała i nie wykazywała wypacania oleju lub wody.

11 PL B1 11 T a b e l a IIIb Przykład Faza tłuszczowa % % % % % Tłuszcz Lecytyna 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 Naturalny środek barwiący 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 Faza wodna Woda 55,3 55,3 60,6 60,4 51,1 Skrobia ryżowa 3,00 Skrobia z ryżu woskowego 3,00 Guma kasantanowa 0,56 Pektyna (Vidochrem D) 0,7 Proszek odtłuszczonego mleka (zawiera 35% mleczarskiego białka) 0,40 0,40 10,0 Sól 1,00 1,00 0,56 0,56 0,56 Proces inwersji? tak tak tak tak tak Środek do smarowania Test a Środek do smarowania Test b Środek do smarowania Test c Lepkość (jednostki Brabendera) Pik lepkości (celowany > 70) Końcowa lepkość (celowana, korzystna > 60) Próbki według przykładów 15 do 17 odnoszą się do nie skrobiowych środków zagęszczających. Otrzymano trwałe emulsje z gumą ksantanową i pektyną. Kompozycja według przykładu 17 wykazała dobrą trwałość przechowywania w temperaturze 5 C, ale gorszą w temperaturze otoczenia. Środek zagęszczający będący mleczarskim białkiem miał dobry pik lepkości, ale nieodpowiednią końcową lepkość. Zastrzeżenia patentowe 1. Jadalny środek do smarowania w postaci emulsji typu W/O z ciągłą fazą tłuszczową, trwały w temperaturze otoczenia, znamienny tym, że zawartość częściowych glicerydów wynosi 0-0,1% wagowych, liczone na środek do smarowania, przy czym środek do smarowania składa się z 25% do 60% wagowych, korzystnie 25% do 40% wagowych, liczone na produkt, ciągłej fazy triglicerydowego tłuszczu i zdyspergowanej fazy wodnej zawierającej naturalny środek zagęszczający charakteryzowany pikiem na wykresie lepkości jego wodnej dyspersji, przy czym stężenie tego środka zagęszczającego jest takie, że jego wodna dyspersja ma pik lepkości wynoszący co najmniej 70 jednostek Brabendera (BU) na wykresie przedstawiającym lepkości wyrażone w jednostkach Brabendera w stosunku do temperatury dyspersji dla reżimu ogrzewania od temperatury 45 C aż do 90 C ze stałą szybkością 1,5 C/minutę, utrzymywaniem 90 C przez 15 minut, a potem chłodzeniem do 30 C z szybkością 1,5 C/minutę i utrzymywaniem w 30 C przez dalsze 15 minut. 2. Środek według zastrz. 1, znamienny tym, że całkowite stężenie częściowych glicerydów nie przekracza 0,05% wagowych.

12 12 PL B1 3. Środek według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że środkiem zagęszczającym jest skrobia naturalnego pochodzenia. 4. Środek według zastrz. 3, znamienny tym, że skrobia jest wybrana z grupy składającej się ze skrobi ziemniaczanej, skrobi z tapioki, skrobi kukurydzianej i skrobi z kukurydzy woskowej. 5. Środek według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że środek zagęszczający jest wybrany z grupy składającej się z pektyny, celulozy i pochodnych celulozy, ksantanu, karagenianu i galaktomanianów. 6. Środek według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że środkiem zagęszczającym jest białko, korzystnie białko mleczne lub sojowe. 7. Środek według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że środek zagęszczający w postaci wodnej dyspersji ma końcową lepkość wynoszącą co najmniej 60 BU. 8. Środek według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że środek do smarowania zawiera tylko naturalne składniki i jest otrzymany przez naturalną obróbkę. 9. Sposób wytwarzania jadalnego środka do smarowania w postaci emulsji typu W/O, jak określony w dowolnym z zastrz. 1-8, który obejmuje etapy: a. przygotowania fazy wodnej z typowych składników fazy wodnej i fazy tłuszczowej z typowych składników fazy tłuszczowej, b. mieszania ilości fazy wodnej i tłuszczowej dających wstępną emulsję zawierającą 25 do 60% wagowych, korzystnie 25% do 40% wagowych ciągłej fazy tłuszczowej, c. poddawania tej emulsji typowemu chłodzeniu, ewentualnie inwertowaniu i dalszej obróbce dającej plastyczny środek, do smarowania typu emulsji W/O, znamienny tym, że obrabia się kompozycję fazy wodnej zawierającej naturalny środek zagęszczający charakteryzowany pikiem na wykresie lepkości jego wodnej dyspersji, przy czym stężenie tego środka zagęszczającego jest takie, że jego wodna dyspersja ma pik lepkości wynoszący co najmniej 70 jednostek Brabendera (BU) na wykresie przedstawiającym lepkości wyrażone w jednostkach Brabendera w stosunku do temperatury dyspersji dla reżimu ogrzewania od temperatury 45 C aż do 90 C ze stałą szybkością 1,5 C/minutę, utrzymywaniem 90 C przez 15 minut, a potem chłodzeniem do 30 C z szybkością 1,5 C/minutę i utrzymywaniem w 30 C przez dalsze 15 minut, przy czym fazę wodną przed zmieszaniem z fazą tłuszczową ogrzewa się do temperatury piku lepkości środka zagęszczającego a potem miesza się z fazą tłuszczową. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że jako środek zagęszczający stosuje się skrobię, korzystnie preżelatynizowaną skrobię. 11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że środkiem zagęszczającym jest skrobia naturalnego pochodzenia. 12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że skrobia jest wybrana z grupy składającej się ze skrobi ziemniaczanej, skrobi z tapioki, skrobi kukurydzianej i skrobi z kukurydzy woskowej. 13. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się środek zagęszczający wybrany z grupy składającej się z pektyny, celulozy i pochodnych celulozy, ksantanu, karagenianu i galaktomanianów. 14. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że jako środek zagęszczający stosuje się białko, korzystnie białko mleczne lub sojowe. 15. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się wstępną emulsję o zawartości częściowych glicerydów 0-0,1% wagowego, korzystnie 0-0,05% wagowych. 16. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się wyłącznie składniki klasyfikowane jako naturalne. Departament Wydawnictw UP RP Cena 4,00 zł.