DE3854123T2

DE3854123T2 - Sahneersatz und nahrungsmittelprodukte.

Info

Publication number: DE3854123T2
Application number: DE3854123T
Authority: DE
Inventors: Hsien-Hsin Chang; John Michael Dunn; Leora Hatchwell; Joseph S Podolski; Suseelan Pookote; Norman S Singer; Reed Wilcox
Original assignee: Nutrasweet Co
Current assignee: Nutrasweet Co
Priority date: 1987-12-02
Filing date: 1988-11-17
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2008-11-18
Also published as: PT89154B; DE3854123D1; MX169320B; FI98041B; EP0348503A4; SK790488A3; IL88405A0; ATE124604T1; AU615052B2; SK278188B6; DK377289D0; IL100639A0; DK377289A; KR900700016A; NO175702B; WO1989005587A2; NO923057D0; JP2647219B2; NZ227157A; BR8807346A

Description

GEBIET UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein fettfreie und fettreduzierte Produkte, welche die organoleptischen Eigenschaften von das gesamte Fett enthaltenden Produkten besitzten und insbesonders gefrorene Dessertprodukte wie Eiscrème und verwandte gefrorene Milchdesserts.
"Gefrorenes Dessert" ist ein generischer Ausdruck, der auf eine grosse Vielzahl von Produkten angewendet wird, welche Eiscrème, gefrorene Vanillesauce, Eismilch, Sorbett, Wassereis, gefrorene Milchkonfekte, gefrorene Konfekte, gefrorene Diätdesserts, Mellorin und nicht-Milch-Desserts enthalten, welche alle gemäss den Bundesidentitätsstandards der US-Regierung definiert sind. Gefrorene Dessertprodukte, für welche keine Bundesstandards existieren, schliessen gefrorene Puddings, Mousse und gefrorene Shakes ein. Unter den gefrorenen "Milch"-Desserts existieren Minimalstandards für Milchfett- und/oder Milchfeststoffgehalte. Zum Beispiel darf Eiscrème nicht weniger als 10 % Milchfett und 20 % Gesamt-Milchfeststoffe (bestehend aus dem gesamten Milchfett und den nichtfetten Milchfeststoffen, "MSNF") enthalten; Eismilch muss 2 bis 7 % Milchfett und darf nicht weniger als 11 % Gesamtmilchfeststoffe enthalten; und Sorbett muss 1 bis 2 % Milchfett und 2 bis 5 % Gesamt- Milchfeststoffe enthalten. Vergleiche, allgemein, Redfern, R.S. und Arbuckle, W.S., "Ice Cream Technology Manual", 4. Auflage, 1985, Redfern & Assoc.Ltd., Raleigh, North Carolina 27622, deren Offenbarung hierin, zum Zweck den Hintergrund der Erfindung festzulegen, durch Referenz eingeschlossen sind.
Eiscrèmen und andere geschlagene, gefrorene Milchdesserts sind in der Tat eher komplizierte Schäume bestehend aus Luftblasen, welche von einer teilweise gefrorenen Emulsion umgeben sind, in der Eiskristalle und verfestigte Fettkügelchen in die ungefrorene Wasserphase eingebettet sind. Schätzungen der Grösse der grob dispergierten strukturellen Komponenten von Eiscrème schwanken. Ueber die Eiskristallgrössen wird berichtet, dass diese in der Grösse zwischen 20 und 60 um (Mikronen) im Durchmesser variieren und dass sie etwa 7 um (Mikronen) auseinander angeordnet sind; über die Luftzellen wird berichtet, dass sie im Grössenbereich zwischen 10 bis 175 um (Mikronen) liegen und etwa 125 um (Mikronen) auseinander angeordnet sind; und über die verfestigten Fettkügelchen wird berichtet, dass diese in der Grösse von 0,2 bis 2,0 um (Mikronen) variieren und Agglomerate bilden, welche eine "Haut" um eingefangene Luftzellen bilden. Vergleiche, "Fundamentals of Dairy Chemistry", 2. Auflage, 1983, Webb, B.H., et al., Herausgeber, Avi Publishing Company, Inc., Westport, Connecticut, auf den Seiten 896- 913, dessen Offenbarung hierin zum Zweck den Hintergrund der Erfindung festzulegen, mittels Referenz eingeschlossen sind.
Es ist gut bekannt, dass der Fettgehalt gefrorener Milchdesserts nicht nur für den Körper und die Textur des Produkts eine wesentliche Rolle spielt, sondern auch für dessen Geschmackseigenschaften. Die Geschmeidigkeit der Eiscrème-Textur ist im wesentlichen umgekehrt proportional zur mittleren Grösse der Eiskristalle. Eine Erhöhung des Milchfettgehalts wird für im Grunde genommen jede gefrorene Dessertformulierung setzt sowohl die Eiskristallgrösse als auch die Distanz zwischen den Kristallen herab. Trotz der Kosten und des hohen Kalorienwerts, der mit der Verwendung von Milchfett einhergeht, sowie der Anfälligkeit des Milchfetts zur Oxidation, welche Nebengeschmäcke bewirkt, und dessen Neigung geschlagene oder butterähnliche Textureffekte bereitzustellen, werden Vollfett-Eiscrème-Produkte allgemein breiter bevorzugt als Eismilch, Sorbett und ähnliches. In der Tat sind die sogenannten "Erstklassigen" ("premium grade")-Eiscrèmen im wesentlichen durch höhere als Standard-Milchfettgehalte im Bereich von 15 bis 18 % gekennzeichnet und werden als Produkte mit entsprechend erhöhter Schmackhaftigkeit und Geschmeidigkeit und vermehrtem Körper und vermehrter Textur im Vergleich zur Standard-Eiscrème und Milchdessert-Produkten mit tieferen Fettgehalten anerkannt.
Während Versuche unternommen worden sind, um gefrorene Dessertproduktformulierungen zu entwickeln, in denen ein Teil oder der gesamte üblicherweise anwesende Milchfettgehalt durch nicht-fettes Material ersetzt ist, hat keines der entstehenden Produkte irgend einen wesentlichen Erfolg als Ersatz für Vollfett-Eiscrème oder Eismilch erlangt. Vergleiche z.B. US-Patent Nr. 4 510 166 betreffend Eiscrème-Formulierungen, in denen Stärke-Gele als Fettersatzmaterialien vorgeschlagen werden, und US- Patente Nrn. 4 421 778 und 4 552 773 betreffend geschlagene Nahrungsmittel, die beta-Phasen-gerichtete kristalline Fette einschliessen. Vergleiche auch das britische Patent 915 389 und die US-Patente Nrn. 3 510 316, 3 556 813, 4 400 405 und 4 631 196.
Es besteht auf diesem Gebiet also weiterhin ein seit langem anhaltendes Bedürfnis für fettfreie und fettreduzierte, gefrorene Dessertprodukte, welche die physikalischen und organoleptischen Eigenschaften von gefrorenen Vollfett-Dessertprodukten besitzen. Idealerweise würden solche Produkte mit gefrorenen, geschlagenen Standard-Dessertprodukten in bezug auf den Nährwert gleichziehen oder diese übertreffen, aber einen verminderten Kaloriengehalt aufweisen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäss einem ihrer Aspekte stellt die vorliegende Erfindung fettfreie und fettreduzierte, geschlagene, gefrorene Dessertprodukte bereit, in denen ein Teil oder vorzugsweise das gesamte Milchfett, Pflanzenfett oder Oel, welches gewöhnlich darin eingeschlossen ist, durch ein Protein-Makrokolloid ersetzt ist, welches denaturierte Proteinteilchen enthält. Produkte der Erfindung besitzten die physikalischen und organoleptischen Eigenschaften von Produkten mit vollem Fettgehalt mit Ausnahme der Abwesenheit oder dem wesentlich reduzierten Gehalt an Fett-/Oel-Tröpfchen oder -Kügelchen, welche dafür bekannt sind, dass sie eine entscheidende Rolle bei der Luftzellenbildung und der Entwicklung und Beibehaltung geringer mittlerer Eiskristallgrössen in gefrorenen, geschlagenen Desserts spielen. Die Fähigkeit Fette oder Oele teilweise oder vollständig durch Protein-Makrokolloidmaterialien zu ersetzen, gibt Anlass zu sehr wünschenswerten Produkten mit reduzierten Kaloriengehalten, aber sehr hohem Nährwertgehalt, bedingt durch die Anwesenheit zusätzlichen Proteins. Die Herstellung gefrorener Dessertprodukte gemäss der Erfindung verlangt keine Ausrüstung oder keine Handhabung, die anders ist als die, welche gewöhnlich für die Herstellung gefrorener Milchdesserts verwendet wird, und in allen Fällen kann das Protein-Makrokolloid als direkter Ersatz für Milchfett oder Pflanzenfette oder -öle in Dessertformulierungen eingebracht werden.
Die vorliegende Erfindung stellt deshalb verbesserte gefrorene, geschlagene Dessertnahrungsmittel bereit, in denen die Verbesserung den teilweisen oder gesamten Ersatz von Fett in Vormischungsformulierungen durch ein Makrokolloid aus im wesentlichen nicht-aggregierten Teilchen umfasst, welche denaturiertes Protein enthalten und in einem trockenen Zustand eine mittlere Durchmesserverteilung der Teilchengrösse im Bereich von etwa 0,1 um (Mikron) bis etwa 2,0 um (Mikrone) aufweisen, wobei weniger als etwa 2 % der gesamten Anzahl Teilchen, die 3,0 um (Mikronen) im Durchmesser überschreiten, und worin die Mehrheit der genannten Teilchen im allgemeinen kugelförmig sind, wie bei 800-facher Vergrösserung unter einem Standard-Lichtmikroskop gesehen wird, wobei die Teilchen in einem hydratisierten Zustand das besagte Makrokolloid mit im wesentlichen geschmeidigem, emulsionsähnlichem, organoleptischem Charakter bilden. Bevorzugte Produkte der Erfindung enthalten gefrorene, geschlagene Desserts des Typs, welcher gewöhnlich Milchfett enthalten würde und in dem das Proteinmakrokolloid das üblicherweise anwesende Fett vollständig ersetzt, wodurch z.B. Eiscrème-analoge Produkte mit den physikalischen Eigenschaften und dem organoleptischen Charakter von "Erstklass" ("premium grade")-Eiscrème-Produkten bereitgestellt werden, die aber weniger als etwa 1% Fett enthalten.
Gegenwärtig für die Verwendung bei der Ausführung der Erfindung bevorzugte Protein-Makrokolloide werden aus undenaturierten, im wesentlichen löslichen Proteinen erhalten, die aus Tier-, Pflanzen- und mikrobischen Quellen stammen, wobei Milchmolke-, Eiweissalbumin-, Soya- und Rinderserumalbumin-Proteinquellen gegenwärtig am meisten bevorzugt sind. Unter den gewünschten Makrokolloiden sind die in US-Patent Nr. 4 734 287 von Singer et al. und in der am 2. Dezember 1987 als eine "Continuation-in-part" derselben eingereichten US-Patentanmeldung Serien Nr. 127 955, die beide hier durch Referenz eingeschlossen sind, beschriebenen. Makrokolloidprodukte für die Verwendung bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung werden auf geeignete Art hergestellt, unter Verwendung von Anlagen, wie sie in der ebenfalls im Besitz befindlichen, ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Serien Nr. 127 710 beschrieben sind, die am 2. Dezember 1987 durch Singer et al. eingereicht wurde und den Titel "Fluid Processor Apparatus" trägt, und deren Offenbarung hier mittels Referenz spezifisch einverleibt ist, aber sie können unter Verwendung irgend einer geeigneten Anlage hergestellt werden, die in der Lage ist, der Ausgangsmaterial-Proteinlösung, welche die Makrokolloid-bildende Behandlung erfährt, kontrollierte Hitze und hohe Scherkraft-Bedingungen zu verleihen. Da, wo die Verwendung von Milch-Molke als Ausgangsprodukt für die Bildung eines Proteinmakrokolloids zur Verwendung in einem gefrorenen Dessert der vorliegenden Erfindung gewünscht wird, und wo die Verminderung des Cholesterin- und Lipidgehalts des Proteinausgangsmaterials gewünscht wird, kann eine Vorbehandlung gemäss den Verfahren durchgeführt werden, das in der ebenfalls im Besitz befindlichen, ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Serien Nr. 127 402 beschrieben ist, die am 2. Dezember 1987 durch Singer et al. eingereicht wurde und den Titel "Methods for Extraction of Cholesterol and Lipids" trägt, und die hier mittels Referenz eingeschlossen ist.
In einem anderen ihrer Aspekte stellt die vorliegende Erfindung neue Verfahren für die Herstellung geschlagener, gefrorener Dessertprodukte mit reduzierten Kalorien bereit, insbesonders Milchdessertprodukte wie Eiscrème, Eismilch, Sorbett und ähnliches, wobei die Verfahren den Schritt des Ersatzes des üblicherweise in dem Produkt verwendeten Fetts und/oder Oels durch ein vorfabriziertes Proteinmakrokolloid, wie oben beschrieben, einschliessen. Vorzugsweise werden mindestens 50 % des Fetts und/oder Oels ersetzt und speziell bevorzugt wird das Gesamte ersetzt, wobei ein Fettgehalt zurückbleibt, der im wesentlichen nur solche Fette einschliesst, wie sie in Standard-Aromen wie Kakao und anderen fettenthaltenden Inhaltsstoffe wie Eigelbfeststoffen in gefrorenen Vanillesauceprodukten anwesend sind.
In noch einem anderen ihrer Aspekte stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Herstellung von kalorienreduzierten, geschlagenen, gefrorenen Dessertprodukten bereit, in denen fettfreie oder im wesentlichen fettfreie Vormischungen bereitgestellt werden, welche wärmekoagulierbare Proteinquellen wie Eiweiss, Molkeprotein, Sojaprotein und ähnliches einschliessen. Wenn diese Vormischungen vor der Gefrierbehandlung einer Wärmebehandlung (z.B. einer Pasteurisierungsbehandlung) und Mischen unter relativ hoher Scherkraft unterzogen werden, werden in der Mischung in situ Teilchen denaturierten Proteins gebildet, und die so gebildeten Teilchen wirken als Ersatz für Fett-/Oelkügelchen im gefrorenen Dessert-Endprodukt. Vormischungen, die gemäss der Erfindung hergestellt worden sind, werden durch Proteingehalte im Bereich von etwa 5 bis etwa 20 % (und vorzugsweise etwa 7,5 bis etwa 12,5 %) gekennzeichnet, wobei von etwa 25 bis etwa 100 (und vorzugsweise etwa 50) Prozent des gesamten einverleibten Proteins wärmekoagulierbares Protein enthält oder daraus besteht. Es wurde gefunden, dass Pasteurisierung in einem continuierlichen Verfahren bei hohen Temperaturen während entsprechend kürzerer Dauer (z.B. 20-25 Sekunden bei 80ºC (176ºF) das wünschenswerteste Endprodukt liefert.
Ob hergestellt durch direktes Eindringen von Makrokolloidmaterialien oder durch in situ-Bildung von Proteinteilchen in einer Vormischung, schliessen bevorzugte gefrorene, geschlagene Dessertprodukte der Erfindung vorzugsweise denaturierte Proteinteilchen im Grössenbereich von etwa 0,01 bis etwa 3,0 (und vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 2,5) um (Mikronen) im Durchmesser ein, und worin Teilchen mit Durchmessern im Bereich von etwa 0,5 bis 2,5 um (Mikronen) in Mengen von mindestens 1 x 10&sup8;-Teilchen pro Kubikzentimeter des Endprodukts anwesend sind. Es ist allgemein bevorzugt, dass von 1 x 10&sup8; bis 1 x 10¹² oder mehr solche Teilchen und speziell bevorzugt, dass mehr als 1 x 10&sup9; solche Teilchen da sind, was es dem Endprodukt erlaubt, sich einem Produkt mit vollem Fettgehalt in bezug auf die Crèmigkeit, Geschmeidigkeit und allgemeine Textur sehr stark anzunähern.
Es liegt dementsprechend innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, fettfreie oder im wesentlichen fettfreie Vormischungen für gefrorene, geschlagene Desserts herzustellen, welche von 5 bis 20 % Protein enthalten, von dem von 25 bis 100 % des Gesamtproteins wärmekoagulierbar ist, und solche Vormischungen einer Wärmepasteurisierung und hohem Scherkraft-Mischen zu unterziehen, um darin eine Population von mindestens 1 x 10&sup8;-Teilchen pro Kubikzentimer an denaturierten Proteinteilchen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 2,5 um (Mikronen) zu entwickeln. So aufgebaute Vormischungen stellen "nach Vollendung" in üblichen automatischen Eiscrème-Misch/-Gefrierapparaturen, Eiscrème-analoge Produkte bereit mit den Textureigenschaften von Eiscrèmen mit vollem Fettgehalt, Eismilch und ähnlichem.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sahneersatz-Nahrungsmittelbestandteil, der für gefrorene, geschlagene Dessert-Nahrungsmittel geeignet ist, aus koagulierbarem Protein, wie Eiweiss, und einem kernbildenden Mittel, wie Caseinmicellen, durch z.B. Erwärmen der Eiweisse und der Caseinmicellen unter Scherbedingungen, hergestellt, um im wesentlichen nicht-aggregierte, zusammengesetzte Makrokolloidteilchen aus denaturiertem Protein zu bilden, in welchem die Makrokolloid-Teilchen im wesentlichen von kugelförmiger Gestalt sind und eine mittlere Teilchengrössenverteilung aufweisen, die wirksam ist, um bei oraler Einnahme eine emulsionsähnliche organoleptische Eigenschaft zu bewirken, d.h. Durchmesser im Bereich von etwa 0,1 um (Mikron) bis etwa 3,0 um (Mikronen), wobei weniger als etwa 2 % der gesamten Anzahl der Teilchen 3,0 um (Mikronen) im Durchmesser überschreiten. Diese Proteinteilchen bilden im hydratisierten Zustand ein Makrokolloid mit im wesentlichen geschmeidigen, emulsionsähnlichen, organoleptischen Eigenschaften, d.h. ein Fett- oder Sahne-ähnliches Mundgefühl, und bei denen man bei Ansicht im Querschnitt sieht, dass sie einen "Kern" aus Material des kernbildenden Mittels und eine "Schale" aus koagulierbarem Protein enthalten. Der koagulierbares Protein/kernbildendes Mittel-Nahrungsmittelbestandteil ist verwendbar als ein Fett-/Sahneersatz für die Herstellung von geschlagenen, gefrorenen Desserts mit wenig oder keinem Fett.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 und 1A ist ein schematisches Flussdiagram eines Verfahrens, welches für die Herstellung eines Eiweiss/Caseinmicellen-Sahneersatzes für gefrorene, geschlagene Dessertnahrungsmittel gemäss der vorliegenden Erfindung anwendbar ist;
Figur 2 ist eine Elektronenmikroskopaufnahme, welche Eiweissprotein/Caseinmicellen-Makrocolloidteilchen zeigt, wobei eine überwiegende Anzahl der Teilchen einen Caseinmicellenkern und eine äussere Schale von denaturiertem Eiweissprotein aufweist;
Figur 3 ist eine Elektronenmikroskopaufnahme, welche Eiweissprotein/Caseinmicellen-Makrokolloidteilchen zeigt, welche während des in situ-Verfahrens für die Herstellung eines gefrorenen, geschlagenen Desserts, wie hier in der Folge beschrieben, gebildet wurden;
Figur 4 ist eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Eiscrème-analogen Produkts, welches Eiweissprotein/Caseinmicellen-Makrokolloid als Ersatz für Vollrahm enthält; und
Figur 5 ist eine Elektronenmikroskopaufnahme einer Eiscrème aller ersten Grades (super premium ice cream).
Alle Mikroskopaufnahmen sind bei einer Vergrösserung von 32'500 aufgenommen worden und schliessen einen Referenzstandard von 1 um (Mikron) ein.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Gemäss der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass proteinische, wasserdispergierbare Makrokolloide, die aus einer Vielzahl von Proteinmaterialien hergestellt werden können, und welche in einem hydratisierten Zustand einen im wesentlichen weichen, emulsionsähnlichen, organoleptischen Charakter aufweisen, als Fett- und/oder Oelersatzstoff in geschlagenen, gefrorenen Dessertprodukten wie Eiscrème verwendet werden können. Die proteinischen, wasserdispergierbaren Makrokolloide beinhalten im wesentlichen nicht-aggregierte Teilchen an denaturiertem Protein, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass sie in einem trockenen Zustand eine mittlere Durchmesser-Teilchengrösseverteilung im Bereich von etwa 0,1 um (Mikron) bis etwa 2,0 um (Mikronen) aufweisen, wobei weniger als etwa 2 % der gesamten Anzahl an Teilchen, 3,0 um (Mikronen) im Durchmesser übersteigen. Die Teilchen werden dadurch weiter gekennzeichnet, dass sie im allgemeinen kugelförmig sind, wie bei 800-facher Vergrösserung unter einem Standard-Lichtmikroskop ersichtlich ist.
Die Makrokolloidmaterialien können mittels kontrollierter Denaturierung aus einer breiten Vielzahl von proteinischen Ausgangsmaterialien hergestellt werden, die vor dem Verfahren im wesentlichen in Wasser löslich sind und die im wesentlichen undenaturiert sind.
Die insbesondere gewünschten organoleptischen Qualitäten des Makrokolloidmaterials, welches gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sind insbesonders abhängig von den Grössen und Formen der Makrokolloidteilchen.
Insbesonders wurde auch gefunden, dass Dispersionen von grösseren, denaturierten Proteinkoagulaten (d.h. mit Durchmessern grösser als etwa 3 um (Mikronen) nach Trocknung) ein unerwünschtes, kalkartiges Mundgefühl bewirken. Diese Kalkartigkeit kann als die weniger grobe Variante des sandigen Mundgefühls bekannter denaturierter Proteine (etwa 15-175 um (Mikronen)) identifiziert werden. Es scheint, dass eine scharf definierte Schwelle der Empfindung überschritten wird, wenn die Anzahl der Teilchen an Proteinkoagulat mit Durchmessern grösser als etwa 2 bis 3 um (Mikronen) in ihrer grössten Dimension, ansteigt.
Die Form der Teilchen ist ebenfalls wichtig. Faserartige Teilchen, die im allgemeinen Längen aufweisen, die grösser als etwa 5 um (Mikronen) sind und Durchmesser, die im allgemeinen weniger als etwa 1 um (Mikron) betragen, ergeben Pasten, welche geschmeidig, aber dehnbar sind; wenn zwischen Zunge und Gaumen mehr Kraft aufgewendet wird, wird eine zunehmende Empfindung fester Substanz wahrgenommen. Der entstehende Eindruck ist nicht sahneähnlich. Wenn die Fasern kürzer werden, wobei sie sich der kugelförmigen Gestalt nähern, nimmt dieser Charakter ab.
Zudem haben Teilchen, welche im allgemeinen kugelförmig sind die Tendenz, eine geschmeidigere, emulsionsähnlichere, organoleptische Empfindung herzustellen. Wo erhöhte Anteile an Makrokolloidteilchen im allgemeinen kugelförmig sind, oder wo die Makrokolloidteilchen perfekter kugelförmig sind, kann es vorkommen, dass etwas grössere Anteile der Teilchen Durchmesser aufweisen können, die grösser als etwa 2 um (Mikronen) sind, ohne Nachteil für den organoleptischen Charakter der Makrokolloidmischung. Wie bereits zuvor angesprochen, haben jedoch stäbchenähnliche Teilchen mit Durchmessern grösser als etwa 1 um (Mikron) die Tendenz, ein kalkartiges bis pulvriges Mundgefühl zu bewirken.
Teilchengrössen von etwa 0,1 Mikron tragen zu einem fettartigen Mundgefühl bei, welches unangenehm sein kann, wenn es als die dominant fühlbare Eigenschaft empfunden wird. Weil der empfundene Uebergang zwischen einem emulsionsähnlichen Mundgefühl und einem fettartigen Mundgefühl viel allmählicher zu erfolgen scheint als der Uebergang zwischen dem vorherigen und dem kalkigen Mundgefühl, sind in Makrokolloiden, die gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet werden, grössere Anteile an Teilchen in der Grössenordnung von 0,1 um (Mikron) im Durchmesser annehmbar. Vorausgesetzt, dass die mittlere Teilchengrösse nicht weniger als 0,1 um (Mikron) beträgt, ist deshalb der emulsionsähnliche Charakter dominant, ungeachtet dessen, dass die Verteilung selbst einen wesentlichen Anteil einzelner Teilchen einschliessen kann, welche Durchmesser aufweisen, die kleiner als 0,1 um (Mikron) sind.
Proteine, die für die Herstellung von Makrokolloiden verwendbar sind, schliessen jene von so variierenden und unterschiedlichen Quellen ein, wie pflanzliche Molke aus Oelsamen, Milchabsonderungen von Säugetieren, Blutserum und Geflügeleier. Vorzugsweise betrifft das vorliegende Verfahren Proteine, die in ihrem natürlichen Zustand globuläre Proteine sind. Aus dem Blickwinkel traditioneller Protein-Klassifizierung schliessen verwendbare Proteine jene ein, welche in wässrigen Lösungsmittelsystemen löslich sind, und sie sind ausgewählt unter den einfachen, konjugierten und abgeleiteten Proteinen. Geeignete einfache Proteine schliessen ein: Albumine, Globuline und Gluteline. Geeignete konjugierte Proteine schliessen ein: Nucleoproteine; Glycoproteine und Mucoproteine, (auch gesamthaft bekannt als Glucoproteine); Phosphoproteine (gelegentlich selbst als einfache Proteine klassiert); Chromoproteine; Lecithoproteine und Lipoproteine. Wärmekoagulierbare, abgeleitete Proteine sind ebenfalls geeignet.
Nichtverwendbare einfache Proteine sind die Albuminoide (auch bekannt als Skleroproteine) wie Elastine, Keratine, Kollagene und Fibroine, die alle in ihrem natürlichen Zustand unlöslich sind. Protamine (auch bekannt als Protamine) und Histone sind nicht wärmekoagulierbar und sind deshalb als Rohmaterialien für das Wärmedenaturierungsverfahren ungeeignet.
Konjugierte Proteine, die sowohl löslich als auch wärmekoagulierbar sind, sind verwendbar. Auf ähnliche Weise sind auch abgeleitete Proteine (d.h. die Produkte verschiedener proteoclastischer oder Denaturierungsverfahren) als Rohmaterialien verwendbar, die, unabhängig ihres Ursprungs, sowohl löslich als auch wärmekoagulierbar bleiben, selbstverständlich vorausgesetzt, dass sie nicht, bedingt durch ihren Ursprung, ab initio unvereinbar mit der Offenbarung der gewünschten organoleptischen Eigenschaften im Endprodukt des vorliegenden Verfahrens sind. Im allgemeinen ermangeln jedoch viele Proteine, Metaproteine (auch bekannt als Infraproteine), koagulierte Proteine, Proteosen, Peptone und Peptide (auch bekannt als Polypeptide) eine oder beide dieser vorausgesetzten Eigenschaften.
Die bevorzugten Proteine für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung können gemäss Ueberlegungen der Verfügbarkeit, Kosten und des mit dem Protein verbundenen Geschmacks sowie der Natur von Verunreinigungen in und anderen Bestandteilen der Proteinquelle variieren. Bevorzugte Proteine schliessen globuläre Proteine wie Rinderserumalbumin, Eiweissalbumin und Sojaprotein ein, wobei Milchmolke und Eialbuminproteine speziell bevorzugt sind. Quellen für Proteine, welche der Behandlung unterzogen werden können, enthalten oft verschiedene Verunreinigungen. Es ist deshalb wünschenswert, dass dort, wo für die Erfindung verwendbare Proteine natürlicherweise mit unlöslichen Komponenten verbunden sind, solche Komponenten kleiner als die 3,0 um (Mikron)grenze sind oder vor dem Verfahren entfernbar sind oder im Laufe des Verfahrens kleiner gemacht werden können als dieser Grenzwert.
Wenn einmal eine spezifische Proteinquelle ausgewählt worden ist, wird die Proteinlösung während relativ kurzen Zeiten mit relativ spezifischen Temperatur-, Scherkraft- und pH-Bedingungen behandelt. In Abhängigkeit vom Protein hilft die Anwesenheit spezifischer Mengen an Polyhydroxiverbindungen (z.B. Zuckern), Aggregathemmitteln und anderen wahlweisen Inhaltstoffen die Ausbeute der gewünschten Produkte zu optimieren. Die Makrokolloide werden gemäss einem kontrollierten Wärmedenaturierungsverfahren hergestellt, während dessen hohe Scherkraft verwendet wird, um die Bildung jeglicher signifikanter Mengen an Proteinaggregaten mit grossen Teilchengrössen zu verhindern. Das Denaturierungsverfahren wird vorzugsweise bei einem pH von weniger als dem Mittelpunkt der isoelektrischen Kurve des gewählten Proteins durchgeführt und vorzugsweise bei einem pH, der etwa eine pH-Einheit tiefer als der Mittelpunkt der isoelektrischen Kurve liegt. Das Verfahren kann bei tieferen pH's durchgeführt werden, mit der Bedingung, dass der Verfahrens-pH nicht so tief sein sollte, dass er zu einem Säureabbau des Proteins führt und der Beschränkung, dass der pH im allgemeinen nicht weniger als etwa 3 sein soll. Wie beschrieben, infra, können auch pH's grösser als der Mittelpunkt der isoelektrischen Kurve verwendet werden, falls während der Denaturierung auch ein kernbildendes Mittel anwesend ist.
Die genauen Temperatur- und Scherbedingungen, welche bei der Herstellung des Makrokolloids angewendet werden, werden routinemässig ausgewählt und erstrecken sich auf Zeiten, die ausreichend sind, um denaturierte, proteinartige, makrokolloidale Teilchen zu bilden, welche grösser als etwa 0,1 um (Mikron) im Durchmesser sind, während die Bildung von irgendwelchen wesentlichen Mengen zusammengeschmolzener Proteinteilchenaggregaten im Ueberschuss von etwa 2 um (Mikronen) vermieden wird. Bevorzugte Scherbedingungen für die Verarbeitung einer bestimmten Proteinlösung werden am besten unter Verwendung der "Uebergrössen" Teilchenbestimmung ermittelt.
Die Teilchengrössenbestimmung stellt ein Mass für die organoleptische Qualität des Produkts der vorliegenden Erfindung bereit.
Eine der einfachsten und schnellsten Techniken, die für den Fachmann verfügbar sind, beinhaltet die Herstellung eines optischen Trägers in einer Weise, die analog der Herstellung klinischer Blutausstriche ist. Gemäss diesem Verfahren wird zuerst eine angemessene Verdünnung des dispergierten Makrokolloids hergestellt und auf einen pH vorzugsweise im Bereich von 6,5 bis 7 eingestellt. Dann wird magnetisches Rühren bei hoher Geschwindigkeit, Ultrabeschallung oder Homogenisierung angewendet, um irgendwelche schwachen Vereinigungen vollständig zu dispergieren, welche zwischen den einzelnen Makrokolloidteilchen auftreten könnten. Eine geringe Menge (z.B. 8 Mikroliter) der verdünnten, neutralisierten Dispersion wird dann auf einen gläsernen Mikroskopträger der Art, die oft für biologische Studien verwendet wird, aufgebracht und trocknen gelassen. Die Probe wird bei bekannter Vergrösserung unter Verwendung "linierter" Okularaugenstücke gemäss bekannten Verfahren betrachtet. Die dispergierten Makrokolloidteilchen der Probe werden dann visuell mit den Fadenkreuzen auf dem Okular verglichen, um eine gute Schätzung des statistischen Vorkommens von übergrossen oder aggregierten Teilchen innerhalb der Gesamtpopulation zu liefern.
Ein alternatives Mittel für die Analyse der Teilchengrössenverteilungen bezieht die Verwendung eines Bildanalysecomputers mit ein, z.B. eines QUANITMET 720 erhältlich von Cambridge Institute, U.K.
Ein anderes Mittel beinhaltet die Verwendung des MICROTRAC Teilchengrössenanalysators. Die allgemeinen Aspekte dieser Technik sind in einem Bericht beschrieben, der den Titel trägt "Particle Size Analysis and Characterization Using Laser Light Scattering Applications" von J.W. Stitley et al. in Food Product Development, Dezember, 1976.
Wie dem Fachmann angesichts der gegenwärtigen Offenbarung klar wird, können auch Sedimentationstechniken für den Zweck, Teilchengrössenbestimmungen zu ergeben, verwendet werden. Es wird jedoch gewürdigt, dass gravimetrische Verfahren die schützenden Kolloideffekte von, z.B. irgendwelchen Verarbeitungshilfsmitteln, welche während der oben beschriebenen Wärmedenaturierungsbehandlung verwendet wurden, berücksichtigen müssen. Ein Beispiel einer gravimetrischen Bestimmung der Prozente "übergrosser" Proteinaggregate ist hier in der Folge zusammengefasst:
1. Eine 5 % Gew./Gew.-Dispersion des Makrokolloids der vorliegenden Erfindung wird zubereitet und auf einen pH zwischen 6,5 und 7 neutralisiert;
2. Ein Getreidesirup mit hohem Fructosegehalt und einem spezifischen Gewicht von 1,351, einem pH von 3,3, einem Gesamtstickstoff von 0,006 % und einer Feststoffkonzentration von etwa 71 % wird in einem 1:4 Gew./Gew.-Verhältnis zur neutralisierten 5 % Makrokolloiddispersion zugegeben;
3. Die Mischung wird dann homogenisiert um lose Verbindungen zwischen dem Makrokolloidteilchen zu dispergieren;
4. Die Mischung wird dann bei 478-facher Schwerkraft während 20 Minuten bei etwa 15ºC zentrifugiert. Die übergrossen Proteinaggregate, d.h. Teilchen mit einem Durchmesser, der wesentlich grösser als 2 um (Mikronen) ist, können als Prozent des Gewichts an Protein ausgedrückt werden, welche in der zentrifugierten Pille enthalten sind, geteilt durch das Gewicht des Proteins, welches in der makrokolloidalen Dispersion vor dem Zentrifugieren enthalten war.
Diese Tests sind sowohl im Hinblick auf die Makrokolloiddispersionen als auch die Proteinmaterialien, die als Rohmaterialien für die Herstellung des genannten Makrokolloids verwendbar sind, anwendbar. Wie für den Fachmann leicht ersichtlich ist, sind Teilchengrössenanalysengeräte, die auf der Kapazität beruhen, wie z.B. der gut bekannte Coulter-Counter -Analysator nicht geeignet für die vorliegende Anwendung, wenn die geladene Natur der Makrokollidteilchen bei gewissen pH-Werten berücksichtigt wird, falls das Makrokolloid nicht mit einer Salz(NaCl)-Lösung ausreichender Konzentration verdünnt ist, so dass die Salzionen die natürliche Ladung der Makrokolloidteilchen übertreffen oder "unterdrücken".
In Uebereinstimmung mit den bevorzugten Verfahrensbedingungen für die Makrokolloidherstellung wird jedoch die wässrige Proteinlösung hohen Temperaturen während einer sehr kurzen Zeit bei Scherbedingungen von 7'500 bis 10'000 reziproken Sekunden oder mehr unterzogen. Für einen 3,8 l (1-gallon) Waring-Mischerantrieb, der mit einem miniaturisierten (z.B. 1 Liter-Kapazität) "Henschel"-Mischer ausgestattet ist, wurde z.B. festgestellt, dass eine Verfahrensgeschwindigkeit von 5'000 rpm ausreichende Scherkraft liefert.
Bevorzugte Verfahrenstemperaturen liegen im Bereich von etwa 80ºC bis etwa 120ºC mit Verfahrenszeiten im Bereich von etwa 3 Sekunden bis etwa 15 Minuten oder länger, wobei Zeiten von etwa 10 Sekunden bis etwa 2 Minuten bevorzugt sind. Die Verfahrenszeiten sind bei tieferen Temperaturen länger, wobei Behandlung bei 80ºC soviel wie 15 Minuten benötigt, während Verfahrenszeiten bei Temperaturen zwischen 90ºC und 95ºC etwa 5 Minuten betragen. Im Gegensatz dazu kann die Verfahrenszeit bei 120ºC nur etwa 3 Sekunden sein. Hohe Verfahrenstemperaturen werden durch zunehmende Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten ergänzt. Wo die Natur der Verfahrensausrüstung dies erlaubt, sind deshalb Verfahren bei hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten/hohen Denaturierungstemperaturen während sehr kurzen Zeiten bevorzugt. Es sollte jedoch bemerkt werden, dass bei Temperaturen über 120ºC mit entsprechend verminderten Produktverweilzeiten, das gebildete Makrokolloidprodukt "dünner" ist und weniger wünschenswert sein kann.
Verfahren für die Hestellung des Makrokolloids verwenden eine wässrige Proteinlösung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Proteinkonzentration zwischen etwa 10 Gew.-% und 20 Gew.-% aufweist, wobei Proteinkonzentrationen zwischen etwa 15 Gew.-% und 18 Gew.-% bevorzugt sind. Bei Proteinkonzentrationen von weniger als etwa 10 Gew.-%, besteht die Tendenz fadenziehende Massen zu bilden. Die fadenziehenden Massen bleiben in einer stabilen Dispersion und haben unerwünschte organoleptische Eigenschaften. Lösungen mit Proteinkonzentrationen von weit mehr als etwa 20 Gew.-% haben die Tendenz, äusserst viskos zu werden, was die Anwendung der erforderlichen Scherraten auf die Proteinlösungen undurchführbar macht.
Die wässrigen Proteinlösungen können weiter bis zu 100 Gew.-Teile (des Proteins) oder mehr einer Polyhydroxiverbindung, vorzugsweise ein Mono- oder Di- Saccharid, enthalten. Diese Verbindungen können "natürlich" in den Proteinausgangsmaterialien vorhanden sein (z.B. Lactose, anwesent in süssen Milchmolkeproteinkonzentraten) oder vor dem Denaturierungsverfahren den Lösungen zugegeben werden. Bevorzugte Polyhydroxyverbindungen schliessen reduzierende Zucker wie Lactose, Glucose, Fructose und Maltose ein, wobei Lactose speziell bevorzugt ist. Geeignete nicht-reduzierende Zucker schliessen Saccharose und Lactitol ein.
Es wird angenommen, dass die hohe Scherstufe, die beim Herstellungsverfahren verwendbar ist, die Bildung grosser denaturierter Proteinaggregate während der Denaturierung verhindert. Die Aggregathemmittel können den wassrigen Lösungen wahlweise zugegeben werden, um die Herstellung gewünschter Produkte zu vereinfachen. Das Aggregathemmittel wird so ausgewählt oder in der Konzentration eingestellt, dass es seinerseits den pH der Mischung nicht auf ausserhalb der optimalen Verfahrensspezifikationen ändert. Geeignete die Aggregathemmittel schliessen hydratisierte anionische Materialien wie Xanthangummi (üblicherweise mit 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% des Proteinkonzentrats eingeschlossen) Datemester (0,5 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% des Proteinkonzentrats ungeachtet der Tatsache, dass Datemester die Tendenz haben, dem Endprodukt einen Nebengeschmack zu verleihen) und Lecithin (1 Gew.-% bis 10 Gew.-% des Proteinkonzentrats) ein. Andere geeignete Aggregathemmittel schliessen Carragen, Alginat und Kalziumsteoryllactylat ein.
Maltodextrine, die durch enzymatische oder saure Hydrolyse von Stärke hergestellt worden sind, stellen ein anderes chemisches Aggregathemmittel bereit, welches bei der Ausführung der Erfindung verwendbar ist. Die bevorzugte Konzentration ist von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-% bezogen auf das Proteinkonzentrat. Von diesen Materialien wird angenommen, dass sie eine proteinsparende Wirkung haben, wie Sirup mit hohem Fructosegehalt, obschon der letzte in dieser Beziehung nicht so wirksam ist wie der vorherige. Es wird gewürdigt werden, dass diese Hemmittel Kohlenhydrate sind und deshalb eine Kalorienquelle darstellen, ein Faktor, der gegen deren Auswahl für die Verwendung in Anwendungen, wie Nahrungsmitteln mit reduziertem Kaloriengehalt, sprechen kann.
Der Pflanzengummi Pectin ist ein anderes geeignetes Aggregathemmittel für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung. Citrus-Pectin wird in Endprodukten mit Fruchtgeschmack bevorzugt, während "rein"-geschmackliche Endprodukte wie Vanille-Eiscrèmeanaloge vorzugsweise Pectin verwenden sollten, welches aus nicht-Citrusquellen erhalten worden ist, z.B. Apfel-Pectin. Ferner sollte in Endprodukten oder Sahneersatz Zutaten, welche Kalzium enthalten (Milchprodukte) das als Aggregathemmittel eingesetzte Pectin ein Pectin sein, welches in der Gegenwart von Kalzium nicht geliert.
Hydratisiertes Lecithin und hydratisierter Xanthangummi zeigen beispielhaft die unterschiedlichen Wirkungen verschiedener Hemmittel. Beide verleihen dem Endprodukt ein schmieriges Mundgefühl. Lecithin jedoch, welches ein etwas weniger wirksames Blockierungsmittel ist, ergibt ein Makrokolloidteilchen mit etwas grösserer mittlerer Grösse. Jene Makrokolloidteilchen jedoch, die mit einem Xanthan Aggregathemmittel hergestellt worden sind, sind kleinere und weichere Teilchen. Beide der oben genannten haben eine weissmachende Wirkung auf das Endprodukt, dadurch, dass sie bei der Schaffung eines einheitlicher dispergierten Systems zu helfen scheinen, wodurch der Lichtstreueffekt erhöht wird, welcher als Weissheit empfunden wird. Es wurde auch festgestellt, dass Kombinationen von Aggregathemmitteln verwendbare charakteristische Eigenschaften haben. Bei der hierin beschriebenen Herstellung der Eiweiss/Caseinmicellen- Sahneersatzzutat ist es bevorzugt eine Kombination von Pectin und Lecithin als Aggregathemmer zu verwenden.
Andere wahlweisen Inhaltsstoffe wie Salze und Endproduktkomponenten einschliesslich geeigneter Aromastoffe, Farbstoffe und Stabilisatoren können im allgemeinen ohne negative Wirkung in der Lösung anwesend sein oder der Lösung zugegeben werden. In vielen Fällen (d.h. wo es die Art des Additivs und dessen Einfluss auf die Proteinlösung erlaubt), kann es speziell wünschenswert sein solche Endproduktkomponenten in die Proteinlösung einzuschliessen, um die Notwendigkeit nachfolgender zusätzlicher Pasteurisierungsschritte nachfolgend auf das Verfahren zu verhindern.
Die Proteinausgangsmaterialien können fakultativ behandelt werden um Cholesterol, Fett und andere Verunreinigungen, welche dem Makrokolloidprodukt Nebengeschmäcker einbringen könnten, zu entfernen. Ein solches Verfahren umfasst einen Extraktionsschritt, in dem das Proteinmaterial mit einem Lösungsmittel mit Nahrungsmittelqualität, welches vorzugsweise Ethanol ist, in Anwesenheit einer geeigneten Nahrungsmittelqualität-Säure, in Kontakt gebracht wird. Das Proteinmaterial wird dann verschiedenen Wasch- und Filtrierschritten unterzogen, um das extrahierte Proteinprodukt zu ergeben.
Geeignete Lösungsmittel schliessen Niederalkanole, Hexan oder ähnliches ein, wobei Ethanol speziell bevorzugt ist. Geeignete Säuren mit Nahrungsmittelqualität schliessen Mineralsäuren wie Phosphorsäure und organische Säuren mit Nahrungsmittelqualität wie Essigsäure, Zitronensäure, Milchsäure und Apfelsäure ein, wobei Zitronensäure speziell bevorzugt ist.
Das Extraktionsverfahren ist speziell verwendbar für die Entfernung von Cholesterol und Fett aus Proteinquellen wie Molkeproteinkonzentrat. In bevorzugten Extraktionsverfahren, die optimale Entfernung von Fett und Cholesterol ergeben, wird das Molkeproteinkonzentrat bei 52ºC während 6 Stunden mit einer Mischung von 90-97 % Alkohol (vorzugsweise etwa 90 % Ethanol), 3-10 % Wasser (vorzugsweise etwa 9 %) und etwa 0,01 - 0,20 % Säure (vorzugsweise etwa 0,084 % Zitronensäure) extrahiert. In Alternativverfahren, welche sehr wünschbare Geschmacks- und Verfahrenscharakteristiken bereitstellen, wird das Molkeproteinkonzentrat bei 40ºC während 4 Stunden mit einer Mischung aus Ethanol, Wasser und Zitronensäure mit entsprechenden Konzentrationen von 94,95 %, 5,0 % und 0,05 % extrahiert. Gemäss solchen Verfahren enthielt Molkeproteinkonzentration, welches vor dem Extraktionsschritt soviel wie 4,0 % Fett und 0,15 % Cholesterol enthielt, weniger als 2 % Fett und weniger als 0,02 % Cholesterol nach dem Extraktionsschritt.
Wenn das Wärmedenaturierungsverfahren abgeschlossen ist, kann das Produkt wahlweise einer Homogenisierungsbehandlung unterzogen werden. Eine solche Behandlung ist wünschenswert im Falle von Produkten, welche verdünnt sind (d.h. eine geringere Proteinkonzentration aufweisen) und/oder neutralisiert, wie beispielsweise Kaffeeaufheller. Diese Behandlung ist verwendbar für die Zerstörung der relativ schwachen Assoziate zwischen den Teilchen, welche gelegentlich während des Verfahrens gebildet werden. Obschon nicht aggregiert (d.h. nicht zu Teilchen von wesentlich mehr als 2 um (Mikronen) im Durchmesser verschmolzen) werden jene Makrokolloide, die miteinander assoziiert sind (d.h. üblicherweise in Duplets oder Triplets) nichtsdestotrotz organoleptisch als einzelne zusammengesetzte Teilchen gespürt, welche aufgrund ihrer entsprechenden Mundgefühle nicht von Aggregaten unterschieden werden können. Die Homogenisierungsbehandlung zerteilt diese Teilchenassoziate in einzelne Makrokolloidteilchen mit den gewünschten Mundgefühlattributen. Die Homogenisierungsbehandlung verdünnter Produkte mit niedrigen Makrokolloidkonzentrationen (z.B. Kaffeeaufheller) wird vorzugsweise bei etwa einen pH von 6 bis 7 ausgeführt. Bei solchen pH-Werten hilft die Verteilung elektrischer Ladungen auf den Oberflächen der Makrokolloide eine gleichmässige Dispersion der Makromoleküle im wässrigen Medium aufrecht zu erhalten. Während hier irgendwelche dem Fachmann bekannte traditionelle Homogenisierungsbehandlungen verwendet werden können, muss vernünftige Sorgfalt aufgewendet werden, um zu verhindern, dass die Makrokolloidteilchen so hohen Temperaturen ausgesetzt werden, dass diese deren Aggregation zu grösseren Teilchen bewirken.
Teilchengrössenanalyse stellt ein Mass der organoleptischen Qualität der Produkte der vorliegenden Erfindung bereit. Eine der einfachsten und schnellsten Methoden beinhaltet die Herstellung eines optischen Trägers in einer Weise, welche analog der Herstellung klinischer Blutausstriche ist. Gemäss diesem Verfahren werden zehn (10) Gramm einer pastenähnlichen Nahrungsmittelprobe in einem Waring-Mischer gewogen und 190 g destilliertes Wasser werden zugegeben, um eine 5 %-Lösung herzustellen. Die Lösung wird dann bei hoher Geschwindigkeit während 2 Minuten gemischt und dann wird der pH auf 6,75 bis 7,0 eingestellt. Die Probe wird dann unter Beschallung während einer Minute magnetischem Rühren bei hoher Geschwindigkeit unterzogen, wobei ein Sondenbeschallungsgerät (Braunsonic Model 2000 Sonicator, Burlingame, CA) verwendet wird. Dieses Verfahren bricht jedes schwache Assoziat auf, welches zwischen den einzelnen Makrokolloidteilchen bestehen könnte. Abhängig von der Teilchenkonzentration wird die Lösung dann mit entmineralisiertem Wasser auf zwischen 0,25 % und 0,50 % weiter verdünnt. Diese Lösung wird dann in einem Ultraschallbad (Branson 2200 Ultrasonic Bath, Shelton, CN) während 1 Minute direkt vor der Trägervorbereitung plaziert.
Nach Schütteln von Hand während 10 Sekunden, werden 20 ul der wie oben zubereiteten Probe auf das Zentrum eines Mikroskopträgers gegeben, welcher sich auf einen Corning-Mikroskopträgerrotierer aufgebracht worden war. Der Objektträger wurde dann bei hoher Geschwindigkeit rotiert, direkt nachdem die Probe auf dem Träger plaziert worden war. Sobald der Objektträger trocken ist, üblicherweise innerhalb von etwa 30 Sekunden, ist er bereit für die mikroskopische Untersuchung.
Die Probe wird mit einem Zeiss Axiomat-Mikroskop untersucht, welches mit einer Halogenlichtquelle (Zeiss, Thornwood, NY) und einer Dage MTI-Videokamera (Michigan City, IN) und einer Kamerakontrolle unter Verwendung eines 50 x Objektivs und eine totale Vergrösserung im Bereich zwischen 1000 und 1600 ausgestattet ist. Das System ist nur in der Lage quantitative Analysen von Teilchen mit Durchmessern grösser als etwa 0,25 um durchzuführen. Deshalb beziehen sich hier alle statistischen Messungen der Teilchengrösse, sofern nichts anderes angegeben ist, auf Teilchen deren grösseren Dimensionen 0,25 um (Mikronen) übersteigen. Nichtsdestotrotz können Teilchen zwischen etwa 0,10 um (Mikronen) und etwa 0,25 um (Mikronen) durch einen Betrachter festgestellt werden und deren Anwesenheit wird routinemässig notiert. Zahlreiche Felder (15-25) werden abgerastert, um subjektiv die allgemeine Grösse und Form-Homogenität/-Heterogenität der Probe festzustellen. Nachfolgend auf die qualitative Bestimmung der Probe wird ein Feld ausgewählt, welches als repräsentativ für die gesamte Probe erscheint. Dieses Bild wird dann auf einen Hochauflösungs-schwarz/weiss- Fernsehbildschirm (Lenco, Jackson, MO) für die quantitative Analyse projiziert.
Das Bild des Fernsehbildschirms wird zuerst digitalisiert und dann vom Fernsehbildschirm auf den Computerbildschirm übersetzt. Während dieses Digitalisierungs-/Uebersetzungsschritts wird das Bild leicht reduziert, mit der Nebenwirkung, dass einige der Teilchen, welche auf dem ursprünglichen Bild getrennt waren, miteinander verschmolzen werden, und deshalb nicht repräsentativ für die echten Teilchen sind. Diese der Erscheinung nach verschmolzenen Teilchen werden dann sorgfältig herausgenommen, indem das alte (Fernsehbildschirm) Bild mit dem neuen (Computerbildschirm) Bild verglichen wird.
Etwa 250 ± 50 Teilchen werden typischerweise in einem Feld gemessen. Es werden so viele Felder abgerastert wie notwendig sind, um 500 Teilchen in die Beurteilung einzuschliessen. Zu Beginn wird die Anzahl der Teilchen im Bild bestimmt, zusammen mit ihren entsprechenden Längen und Breiten. Von diesen Daten werden zwei zusätzliche Variablen der äquivaltente sphärische (E.S.) Durchmesser und das äquivalente sphärische Volumen wie folgt berechnet:
E.S. Durchmesser = (B² x L)¹(3
E.S. Volumen = 4/3π B²L.
worin B der Breite und L der Länge entspricht.
Wenn der E.S.-Durchmesser und das Volumen für die gesamte Teilchenverteilung im Bild ermittelt worden sind, werden Anzahl-gewichtete (Dn) und Volumen-gewichtete (Dv) mittlere E.S. Durchmesser berechnet. Dn ist ein Anzahl-gemittelter Teilchengrössen-Durchmesser, welcher durch Summieren der Durchmesser aller Teilchen in der Verteilung und Teilen durch die gesamte Anzahl an Teilchen berechnet wird. Der Dv (Volumen-gewichteter mittlerer Durchmesser) gewichtet jedes Teilchen in Beziehung zu seinem Volumen und stellt derart eine Anzeige dafür bereit, wo der mittlere Durchmesser auf der Basis des Volumens oder implizit der Masse liegt. Der maximale Durchmesser (Dmax) ist einfach der Durchmesser des grössten Teilchens, das auf dem Mikroskopfeld anwesend ist.
Diese Daten können in Form eines Histogram- Plots geplottet werden, mit dem E.S.-Durchmesser auf der Abszisse als Funktion der Anzahl Teilchen sowie des Volumens der Teilchen. Aus diesen Daten kann der Prozentanteil an Teilchenvolumen über 2 um (Mikronen) sowie der maximale Teilchengrössendurchmesser direkt ermittelt werden.
Die kugelförmigen Kern-/Schale-Teilchen, die hier zuvor beschrieben worden sind, werden durch Koagulieren oder Denaturieren eines leicht koagulierbaren Proteins (vorzugsweise einem, welches bei einer Temperatur von 85ºC oder weniger koaguliert) wie Eiweissprotein (EWP), Rinderserumalbumin (BSA) und entfettetes Molkeprotein in der Gegenwart eines kernbildenden Mittels hergestellt, wobei das koagulierbare Protein um das kernbildende Mittel herum denaturiert und dieses umhüllt, was zu kugelförmigen Teilchen führt, die eine Kern-/Schale-Konfiguration aufweisen, in der der Kern das kernbildende Mittel ist und die Schale des denaturierte, koagulierbare Protein. Der Kern oder das kernbildende Mittel kann weniger als etwa 90 % des Volumens des gebildeten Teilchens einnehmen und es nimmt üblicherweise weniger als etwa 50 Vol.-% des Teilchens ein. Der Ausgleich des Teilchens besteht aus dem denaturierten Protein, z.B. denaturiertem Eiweissprotein.
Es wurde festgestellt, dass die Teilchenbildung bei einem nahezu neutralen pH durchgeführt werden kann, d.h. über dem Mittelpunkt der isoelektrischen Kurve des Proteins, falls das Protein in der Gegenwart eines kernbildenden Mittels denaturiert wird. Die koagulierbaren Proteine, welche zu makrokolloidalen Teilchen denaturieren werden, sind jene Proteine, welche leicht koagulierbar sind, d.h. Eiweissprotein und Rinderserum. Süsses Molkeproteinkonzentration bildet keine Kern-Schale-Konfiguration mit einem kernbildenden Mittel (Caseinmicellen), weil das Molkeprotein eine höhere Koagulierungstemperatur hat.
Das kernbildende Mittel (NA) kann irgend eine organische oder anorganische mikroteilchenförmige Substanz sein, mit einer Grösse, die kleiner ist als die gewünschte Grösse der Protein-Makrokolloid-Endproduktteilchen, welche als ein Fett-/Sahneersatz verwendet werden sollen. Gewöhnlich ist das kernbildende Mittel ebenfalls von kugelförmiger Gestalt, obschon eine solche Gestalt nicht kritisch ist, insbesonders wenn das kernbildende Mittel weniger als etwa 25 Vol.-% der Endprodukt-Makrokolloid-Fett-/Sahneersatzteilchen einnehmen soll. Das kernbildende Mittel dient als Keim, um die Eiweissproteinteilchenbildung um das kernbildende Mittel zu bewirken.
Geeignete kernbildende Mittel schliessen Caseinmicellen, mikrokristalline Cellulose, Siliziumdioxid, reduziertes Eisen, Zein und wasserunlösliche Proteine ein. Das kernbildende Mittel ist eine kolloidale Form, wie kolloidales Eisen, kolloidales Zein, kolloidale Proteine und kolloidale Siliziumdioxid-Flugasche. Mischungen verschiedener kernbildender Mittel können ebenfalls verwendet werden. Ein bevorzugtes kernbildendes Mittel ist micelläres Casein.
Eiweissprotein ist ein bevorzugtes koagulierbares Protein für die Herstellung eines Teilchens mit Kern-/Schale-Konfiguration. Einweissprotein/kernbildendes Mittel ("EWP/NA")-Teilchen gemäss der Erfindung werden hergestellt durch Verarbeitung des EWP in Gegenwart des kernbildenden Mittels bei höheren Temperaturen unter Scherbedingungen, wie sie hierin für die Bildung makrokolloidaler Proteinteilchen beschrieben sind, die für die Verwendung als ein Fett-/Sahneersatz geeignet sind. Während der Mittelpunkt der isoelektrischen Kurve von Eiweissprotein pH 4,5 bis 5,5 ist, kann der pH im Denaturierungsmedium über den Mittelpunkt der isoelektrischen Kurve erhöht werden, auf zwischen etwa 6 und 7 und vorzugsweise auf zwischen etwa 6,2 und 6,6. Der gesamte Proteingehalt der Mischung, welche dem Verfahren unterzogen wird, ist üblicherweise zwischen etwa 5 und etwa 20 Gew.-%. Mehrere Hydroxylgruppen-enthaltende Verbindungen (Lactose) und die Aggregathemmittel werden gegebenenfalls auch verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden sphärische Proteinteilchen aus einer Kombination von Eiweissprotein und einer Quelle aus im wesentlichen nicht-aggregierten oder natürlichen Caseinmicellen als dem kernbildenden Mittel hergestellt. Diese Eiweissprotein-Caseinmicellen ("EWP/CM")-Teilchen werden durch Erwärmen einer Mischung an Eiweissprotein und einer Quelle an Caseinmicellen unter Scherbedingungen wie hierin zuvor beschrieben, hergestellt. Im Gegensatz zu dem Fall, in dem Makrokollodteilchen aus Eiweissprotein in Abwesenheit eines kernbildenden Mittels gebildet werden (vgl. Beispiel 3, infra) wurde gefunden, dass die EWP/CM-Proteinteilchen bei einem pH über dem Mittelpunkt der Eiweissprotein-isoelektrischen Kurve gebildet werden können (vgl. Beispiele 6 und 7, unten).
Caseinmicellen, die gegenwärtig bevorzugten kernbildenden Mittel, sind natürlich vorkommende kugelförmig geformte Proteinteilchen, die in Säugetiermilch vorkommen und im allgemeinen einen Durchmesser von 0,1 bis 0,4 um (Mikron) aufweisen. Irgendeine Caseinmicellenquelle ist für die Durchführung der vorliegenden Erfindung annehmbar, aber Kuhmilch ist bevorzugt, weil Caseinmicellen in hoher Konzentration vorliegen. Magermilch, kondensierte Magermilch und ultrafiltrierte Magermilch sind speziell bevorzugt, weil diese reduzierte Mengen an Fett haben, was für die Anwendung als Fett-/Sahneersatz wünschenswert ist.
Der Gesamtproteingehalt der Reaktionsmischung, die bei der Bildung von EWP/CM-Teilchen den Wärme- und Scherbedingungen unterworfen wird, ist üblicherweise zwischen etwa 15 und etwa 20 Gew.-%, aber das Gesamtprotein und das Verhältnis von Eiweissprotein zu Caseinmicellenprotein sind nicht kritisch. Das Eiweiss steuert gewöhnlich von etwa 25 bis etwa 99 % des Gesamtproteins bei, während die Caseinmicellenquelle von etwa 1 bis etwa 75 % des Gesamtproteins und vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 40 % beisteuert. Wünschenswerterweise wird konzentriertes Eiweiss und eine konzentrierte Quelle an Caseinmicellen verwendet. Deshalb sind gefriergetrocknete Eiweisse und ultrafiltrierte Eiweisse bevorzugte Eiweissquellen und kondensierte Magermilch und ultrafiltrierte Magermilch sind bevorzugte Caseinmicellenquellen.
Die EWP/CM-Proteinteilchen werden vorzugsweise in der Gegenwart einer mehrere Hydroxylgruppen enthaltenden Verbindung und einem die Aggregathemmittel hergestellt, die beide hierin zuvor beschrieben wurden. Vorzugsweise bildet die Kombination von Saccharose und Lactose (aus kondensierten Magermilchquellen) die mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Verbindungskomponente und eine Kombination von Lecithin und Pectin bildet die Aggregathemmittelkomponente. Säuren mit Lebensmittelqualität können verwendet werden, um den pH einzustellen und Wasser wird verwendet um die Konzentration der Zutaten einzustellen. Wenn ultrafiltriertes Eiweiss und kondensierte Magermilch verwendet werden, um die EWP/CM-Proteinteilchen herzustellen, ist eine typische Reaktionsmischung wie folgt: ultrafiltriertes Eiweissprotein, 40- 60 Gew.-% (wodurch Protein in einer Menge von 8-12 % des Gewichts der Gesamtmischung bereitgestellt wird); kondensierte Magermilch, 10-33 Gew.-% (wodurch Protein in einer Menge von 1-4 % des Gesamtgewichts der Mischung bereitgestellt wird); Rohr- oder Getreidezucker, 0-10 Gew.-%; Pectin pflanzlichen Ursprungs, 0-0,5 Gew.-%; Lecithin, 0- 1,0 Gew.-%; Säure mit Lebensmittelqualität, 0-0,3 Gew.-% (um den pH auf 6 bis 7 einzustellen); und Wasser, der Ausgleich für 100 Gew.-%.
Die Figuren 1 und 1A veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens für die Herstellung von EWP/CM-Proteinteilchen, welches eine Fettersatzzutat gemäss der Erfindung liefert. Die Zeit-, Temperatur-, Druck- und pH-Bedingungen für jeden Schritt sind in den Figuren 1 und 1A aufgeführt und entsprechen den eingekreisten Buchstaben im Flussdiagramm. Bei dieser Ausführungsform werden ein Zucker und Gummi Aggregathemmmittel, wie Pectin oder Guar, in einer üblichen Trockenmischungsanlage 1 trocken gemischt um eine Vormischung A zu ergeben. Pasteurisiertes flüssiges Eiweiss wird in einer üblichen Ultrafiltrationsanlage 3, welche vorzugsweise eine Polysulfonmembrane mit einer nominalen oberen Molekulargewichtsbegrenzung von etwa 10'000 aufweist, ultrafiltriert, was ein konzentriertes Eiweiss (Vor-Zubereitung B) mit einer Proteinkonzentration von 15-25 Gew.-% ergibt. Lecithin wird in gereinigtem Wasser (Umkehr-Osmose) in einem gut gemischten Behälter unter Vakuum 5 hydratisiert, um Vor-Mischung C zu ergeben. Eine verdünnte Lösung einer Säure mit Lebensmittelqualität, wie Milchsäure oder Zitronensäure wird mit gereinigtem Wasser hergestellt (Vor-Mischung D).
Vor-Mischung A wird in gereinigtem Wasser unter Verwendung eines Hochscherkraft-in-line oder -Batch- Mischers 2 hydratisiert. Vor-Zubereitung B und kondensierte Magermilch werden zur hydratisierten Vor-Mischung A in einen Sanitär-batch-Behälter 4 gegeben, um die Proteinkonzentrationen auf das gewünschte Mass zu bringen, d.h. 10-20 % Gesamtprotein. Vor-Mischung D wird in den Batch-Behälter gegeben, um den pH auf zwischen 6,0 und 7,0 einzustellen und vorzugsweise auf 6,2 bis 6,6. Vor- Mischung C wird in den Batch-Behälter gegeben, was zu einer vorbereiteten Proteinlösung 11 führt, die für das Wärmeverfahren unter Scherkraftbedingungen bereit ist, EWP/CM-Proteinteilchen zu bilden, die als Fett-/Sahne- Ersatz-Nahrungsmittelzutat verwendbar sind.
Die vorbereitete Proteinlösung 11 wird in einen Sanitärentlüfter 6 entlüftet, um dispergierten und gelösten Sauerstoff auf ein Minimum zu reduzieren. Das Hitze/Scherkraft-Verfahren kann in einem einzigen Hochscherkraft-Wärmeprozessor durchgeführt werden, aber es wird vorzugsweise in zwei Einheiten ausgeführt, unter Verwendung welche eines Vorerhitzer 7 und eines Hochscherkraft-Wärmeprozessors 8. Der Vorerhitzer 7 wird verwendet, um die Temperatur der vorbereiteten Proteinlösung auf 120-170ºF (48-77ºC) und vorzugsweise auf 140-165ºF (60-74ºC) zu erhöhen, so dass die Temperaturerhöhung im Hochscherkraft-Hitzeprozessor 8 eine Ausgangstemperatur ergibt, die für die Pasteurisierung geeignet ist, d.h. 80-85,5ºC (176-186ºF) gemäss den U.S. Food and Drug Administration (FDA)-Richtlinien. Das Material, welches den Hochscherkraft-Wärmeaustauscher 8 verlässt, wird in einem üblichen Wärmetauscher 10 auf eine Temperatur zwischen 35-40ºF (1,5 - 4,5ºC) innerhalb weniger Minuten abgekühlt. Das gebildete makrokolloidale EPW/CM-Proteinteilchenprodukt ist geeignet für die Verwendung als ein Fett- oder Sahneersatz-Bestandteil. Das oben beschriebene Verfahren für die Herstellung von EWP/CM-Proteinteilchen wird vorzugsweise benachbart zu einer Nahrungsmittel- Verfahrenslinie durchgeführt, wo der Protein-Sahneersatz in-line zu einer Nahrungsmittelherstellungslinie geliefert werden kann. Als Alternative, falls das gebildete Material verschickt oder für eine zukünftige Verwendung gelagert werden soll, wird zwischen dem Hochscherkraft- Prozessor 8 und dem Kühler 10 ein Rückhalterohr 9 in das Verfahren eingeschoben, so dass das Produkt durch dieses Rückhalterohr 9 während einer ausreichenden Zeit, um Pasteurisierung des EWP/CM-Sahneersatzes zu erreichen, hindurchgeführt werden kann. Nach der Pasteurisierung wird das Produkt gekühlt und bei 1,5 - 4,5ºC (35-40ºF) gelagert.
Wenn der Hochscherkraft-Wärmetauscher 8 der in der zuvor genannten US-Patentanmeldung Serien-Nr. 127 710 beschriebene Apparat ist, dann ist eine Schaufel rpm- Geschwindigkeit von zwischen etwa 3'000 und 10'000 und vorzugsweise von etwa 5'000 bis etwa 7'500 rpm ausreichend, um ein Produkt zu ergeben, welches die Konsistenz und das Mundgefühl von Vollrahm (Fett) hat.
Die Prüfung von Elektronenmikroskopaufnahmen legt nahe, dass die EWP/CM-Proteinteilchen überwiegend aus Teilchen bestehen, die einen inneren Caseinmicellen- Kern und eine äussere Schale aus denaturiertem Eiweissprotein haben. Ein geringerer Anteil der Proteinteilchen sind denaturierte Eiweissproteinteilchen und agglomerierte Caseinmicellenteilchen. In einigen Fällen wird mehr als eine Caseinmicelle innerhalb des koagulierten Proteinteilchens gefunden.
Bezugnehmend auf Figur 2, zeigt sich, dass EWP/CM-Proteinteilchen 21 einen Kern aus einem oder mehreren Caseinmicellenteilchen 23 haben (sichtbar als dunkle Körper innerhalb der Teilchen) und eine Schale aus denaturiertem Eiweissprotein 25 (sichtbar als der hellere, äussere Anteil der Teilchen). Die EWP/CM-Proteinteilchen der Figur 2 wurden unter Verwendung von im wesentlichen dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 7 unten beschrieben, hergestellt. Figur 3 zeigt EWP/CM-Proteinteilchen 31, welche mittels eines in situ-Verfahrens gemäss den in Beispiel 6 beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind. Es ist bemerkenswert, dass in Figur 3 die denaturierte EWP-Schale 35 im allgemeinen weniger des Gesamtvolumens der Teilchen, bezogen auf die Caseinmicellen 33, einnimmt, als in den EWP-Schalen der Teilchen von Figur 2. Die Kern-/Schale-Konfiguration der Proteinteilchen wird in Figur 4, welches eine Mikroskopaufnahme eines gefrorenen Desserts ist, der den Sahneersatz des Beispiels 7 verwendet, dramatischer ersichtlich. Der Caseinmicellenkern 41 ist in verschiedenen Teilchen leicht sichtbar, während der hellere, weniger dichte, Schalenanteil 43 dieser Teilchen denaturiertes EWP ist. In Figur 4 erscheinen auch Caseinmicellen 45, welche keine EWP-Schale besitzen. Die Figuren 2 bis 4 können mit Figur 5, einer Elektronenmikroskopaufnahme einer Ueberklasseneiscreme ("super premium ice cream") (ungefähr 16 % Butterfett) verglichen werden. In Figur 5 stellen die relativ grossen weissen Kreise Fettkügelchen dar und die kleinen dunklen Körper 53 sind Caseinmicellen.
Die EWP/CM-Proteinteilchen bilden ein Makrokolloid, welches als ein Fett-/Sahne-Ersatzbestandteil für gefrorene Desserts verwendbar ist. Die Sahne in diesen gefrorenen Dessertformulierungen wird durch das EWP/CM-Makrokolloid mittels blosser Substitution der Sahne durch das Makrokolloid während des Herstellungsverfahrens ersetzt. Gewöhnlich ersetzt der EWP/CM-Sahneersatz den Vollrahm auf Basis eines etwa 1:1 Nassverhältnisses. Dies entspricht einem Ersatz von etwa 3 g Fett/Sahne mit 1 g Protein, weil der EWP/CM-Sahneersatz Wasser, mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Verbindungen, Aggregathemmittel und andere Zutaten enthält. Die optimale Menge an EWP/CM-Sahneersatz, die bei einer speziellen Nahrungsmittelanwendung eingesetzt werden soll, kann durch einen Fachmann leicht festgestellt werden, indem er routinemässige Empfindungsbeurteilungen durchführt.
Die EWP/CM-Proteinteilchen werden allgemein einen Durchmesser von etwa 0,1 bis etwa 3 um (Mikronen) und vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von etwa 0,5 bis etwa 2,5 um (Mikronen) aufweisen, um das Mundgefühl von Fett/ Sahne zu erzielen. Es ist ebenfalls wünschenswert, die EWP/CM-Teilchen in gefrorenen Nahrungsmitteln in Mengen von mindestens 1 x 10&sup8;-Teilchen pro cm³ des Endnahrungsmittelprodukts vorhanden zu haben und vorzugsweise zwischen 1 x 10&sup8; und 1 x 10¹² oder mehr Teilchen/cm³.
Die folgenden Beispiele betreffen bevorzugte Methoden und Verfahren für die Herstellung von Makrokolloiden als Ausführung der vorliegenden Erfindung. Beispiel 1 betrifft ein bevorzugtes Verfahren für die Herstellung von Makrokolloidmaterial, welches aus Molkematerialien extrahiert worden ist. Beispiel 2 betrifft die Herstellung von Makrokolloidmaterial aus Rinderserumalbumin. Beispiel 3 betrifft die Herstellung von Makrokolloidmaterial aus Eiweissalbumin, während Beispiel 4 die Verwendung von Sojaprotein zur Bildung von Makrokolloidmaterialien betrifft. Beispiel 5 betrifft die Herstellung von Eiscrème-ähnlichen gefrorenen Desserts, in die Makrokolloidprodukte wie jene der Beispiele 1 bis 4 anstelle der gewöhnlich eingebrachten Butterfettkomponente in die Eiscrème-Vormischungsformulierungen eingebracht worden sind. Beispiel 6 betrifft Eiscrème-ähnliche Produkte, hergestellt aus Vormischungen, in denen hitzekoagulierbare Proteine eingeschlossen sind, und in denen denaturierte Proteinteilchen in angemessener Anzahl und innerhalb der gewünschten Grössenbereiche in situ während des Pasteurisierungs-Mischungs-Verfahrens der Vormischung gebildet werden. Beispiel 7 betrifft ein bevorzugtes Verfahren für die Herstellung einer Eiweiss/Caseinmicellen- Sahneersatzzutat der vorliegenden Erfindung Beispiel 8 betrifft ein gefrorenes Dessert, welches den Sahneersatz des Beispiels 7 als Ersatz für Vollrahm enthält. Beispiel 9 betrifft eine Optimierungsstudie für die Verwendung des Produkts des Beispiels 7 in einem Eiscrème-ähnlichen Produkt.

Beispiel 1

Vor dem Denaturierungsverfahren wurde ein Extraktionsverfahren zur Entfernung von Fett und Cholesterol aus der Molkeproteinkonzentrat (WPC)-Proteinquelle ausgeführt. Genauer wurde ein Reaktor mit 181 kg absolutem Ethanol (Lot Nrn. 16468x, 16995x, Aaper Alcohol & Chemical Co., Shelbyville, KY) beladen. Wasser (8,58 kg) und 10 % Zitrussäurelösung (954 g, Miles, Elkhart, IN) wurden dann zugegeben und die Lösung wurde während etwa 2 Minuten bewegt. Der pH der Lösung wurde dann gemessen um zu bestätigen, dass der pH 5,0 ± 0,5 war.
140 Pounds (63,5 kg) Molkeproteinkonzentrat WPC-50 (lot 6302-2 Fieldgate, Litchfield, MI) wurde dann zum Reaktor zugegeben und der Reaktor wurde versiegelt. Dann wurde dem Reaktormantel Dampf zugeleitet und die Reaktortemperatur wurde bei 40-42ºC während 4 Stunden gehalten. Der Proteinbrei wurde aus dem Reaktor entfernt und auf einem kontinuierlichen Bandfilter filtriert, wobei der Kuchendicke erlaubt wurde, 2,5 cm (1 Inch) zu erreichen. Der gesammelte Kuchen wog 116 kg. Der Reaktor wurde mit 127 kg 95 %igem Ethanol geladen und der nasse Kuchen wurde zum Reaktor gegeben, um einen Brei zu bilden, welcher während 20 Minuten gemischt wurde. Der Brei wurde dann entfernt, wie zuvor filtriert und der gesammelte Kuchen wurde abermals zum Reaktor gegeben, der mit 127 kg 95 %igem Ethanol beladen war. Der Brei wurde während 20 Minuten gemischt und dann filtriert, wobei dafür Sorge getragen wurde, dass soviel Flüssigkeit wie möglich entfernt wurde. Der nasse Kuchen wog 104,5 kg.
Der nasse Kuchen wurde dann in Schalen gegeben, bis zu einer einheitlichen Tiefe von 2,5 cm (1 Inch) oder weniger. Das Material wurde dann während 12 Stunden bei Temperaturen von 45º ± 1ºC unter Vakuum getrocknet, wodurch 51,5 kg an WPC-Material, mit einer Ausbeute von 80,9 %, bereitgestellt wurde. Unter der Annahme, dass näherungsweise 3,5 kg des Materials im Trockner verloren worden sind, wurde berechnet, dass der Prozentanteil an flüchtigen Stoffen im ursprünglich nassen Kuchen 47,4 % war.
Das erhaltene Material hatte eine Proteinkonzentration von 56,91 % und eine Löslichkeit von 93 %, gemessen gemäss der Löslichkeitsbestimmungsmethode, die hier oben beschrieben wurde. Das Protein wurde dann verwendet, um eine Formulierung zu machen, welche Lecithin ("Lecigran F", Riceland, Little Rock, AR), 37 % Salzsäure mit Lebensmittelqualität (J.T. Baker, Phillipsburg, NJ), Xanthan ("Keltrol T", Kelco, San Diego, CA) und Wasser einschloss. TABELLE 1 Molkeproteinformulierung Bestandteile Lecithin Salzsäure Xanthan Wasser
Die Komponenten der in der Tabelle 1 oben aufgeführten Formulierung wurden zu einem Hochscherkraftmischer und Entlüfter (Kady Mill, Scarborough, ME) in der folgenden Reihenfolge gegeben: Wasser, Salzsäure, Lecithin, Xanthan und Molkenproteinkonzentrat. Die Mischung wurde entgast, wobei dafür Sorge getragen wurde, die Umwandlung von mechanischer Energie in Wärme zu minimisieren, bevor diese in die Batch-Verfahrensapparatur der zuvor genannten US-Patentanmeldung Serien Nr. 127,710 (Anwalts-Aktennr. 10057) eingebracht wurde. Der Verfahrenskessel wurde dann mit der Vormischung gefüllt, die einen pH von 4,15 hatte, versiegelt, und die Temperaturaufzeichnung wurde eingeschaltet. Der Motor wurde gestartet, und die Geschwindigkeit des Blattes wurde auf 5'080 rpm eingestellt. Nach wenigen Sekunden wurde Heizflüssigkeit mit einer Temperatur von 100ºC durch den Mantel des Kessels zirkuliert. Das Produkt erreichte eine Temperatur von 122ºC in 4,3 Minuten, zu welcher Zeit die Heizflüssigkeit durch einen Fluss kalten Wassers ersetzt wurde, welcher das Produkt innerhalb von zwei Minuten auf 40ºC abkühlte.
Das aus dem obigen Verfahren erhaltene Produkt wurde dann auf dessen organoleptischen und physikalischen Eigenschaften getestet. Das Produkt hatte eine weiche und sahneartige Konsistenz, wobei 64 % des Proteins in Makrokolloidteilchen umgewandelt worden waren, und wobei 0 % der hergestellten Teilchen Dimensionen aufweisen, die 3um (Mikronen) überschritten. Die sphärischen Teilchen hatten einen volumengewichteten mittleren Durchmesser (Dv) von 0,99 um (Mikronen), einen mittleren Teilchengrössendurchmesser (Dn) von 0,78 um (Mikronen) und einen maximalen Durchmesser (Dmax) von 1,5 um (Mikronen.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde Rinderserumalbumin (BSA) verwendet, um ein Proteinmakrokolloidprodukt herzustellen. Rinderserumalbumin, welches als "Bovine Albumin, Fraction V" identifiziert war, wurde von der U.S. Biochemical Corp. (Cleveland, OH) erhalten. Das Material war ein lyophilisiertes Pulver mit 97 % Proteingehalt und einer Löslichkeit von 99 % gemäss dem Löslichkeitsbestimmungsverfahren, welches oben beschrieben wurde. Andere Formulierungsbestandteile schlossen Lecithin ("Lecigran F", Riceland, Little Rock, AR), 37 % Salzsäure mit Lebensmittelqualität (J.T. Baker, Phillipsburg, NJ), Xanthan ("Keltrol T", Kelco, San Diego, CA), Lactose (alpha-Lactose monohydrate, Sigma St. Louis, MO) und Wasser ein. TABELLE 2 Rinderserumalbumin-Formulierung Bestandteil Lecithin Salzsäure Xanthan Lactose Wasser
Die in Tabelle 2 oben aufgelistete Formulierung wurde in einem Hochscherkraftmixer und Entlüfter (Kady Mill, Scarborough, ME) hergestellt, wobei der Xanthangummi vorhydratisiert worden war. In der Reihenfolge wurden Wasser, Salzsäure, Lecithin, Xanthan, Lactose und BSA in den Mixer gegeben und die Mischung wurde vor deren Einbringen in die Verfahrensanlage gemäss Beispiel 1 entlüftet. Der Verfahrenskessel wurde mit der Vormischung gefüllt, welche einen pH von 4,19 hatte, versiegelt und die Temperaturaufzeichnung wurde eingeschaltet. Der Motor wurde aktiviert und die Geschwindigkeit des Blattes wurde auf 5'080 rpm eingestellt. Nach wenigen Sekunden wurde Heizflüssigkeit mit einer Temperatur von 80ºC durch den Mantel des Kessels zirkuliert.
Das Produkt erreichte innerhalb von 4,8 Minuten eine Temperatur von 126ºC, zu welchem Zeitpunkt die Heizflüssigkeit durch einen Fluss kalten Wassers ersetzt wurde. Das Produkt wurde innerhalb von 2 Minuten auf 40ºC gekühlt. Der Scherkoeffizient dieses Prozessors wird in den 46ºC Unterschied zwischen der Temperatur des Produkts und der Temperatur der Heizflüssigkeit widergespiegelt. Diese zusätzliche Wärme wurde durch die Umwandlung von mechanischer Energie in Wärme bei einem Betrag von etwa 380 J/Sek. erhalten.
Das aus dem obigen Verfahren erhaltene Produkt wurde dann bezüglich dessen organoleptischen und physikalischen Eigenschaften untersucht. Das Produkt hatte eine dicke Konsistenz ähnlich dem Makrokolloidmaterial, hergestellt aus Molkeproteinkonzentrat und eine sahneartige Textur mit hoher Schlüpfrigkeit. 71 % des Proteins waren in Makrokolloidteilchen umgewandelt worden. Die Teilchen waren vorwiegend kugelförmig, obschon einige stäbchenähnliche und fasrige Teilchen fortbestanden. Diese Stäbchen und Fasern mit Ausmassen, die 3 um übertrafen, beliefen sich auf 2,25 % der Teilchen, bezogen auf die Anzahl. Wenn die Räder und Fasern von der Mikroskop-Bildanalyse ausgeschlossen wurden, hatten die sphärischen Teilchen einen volumengewichteten mittleren Durchmesser (Dv) von 1,03um (Mikronen), einen mittleren Teilchengrössendurchmesser (Dn) von 0,66um (Mikronen) und einen Maximaldurchmesser (Dmax) von 1,75um (Mikronen).

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurde Eiweissalbumin verwendet, um ein Proteinmakrokolloidprodukt herzustellen. Es wurde festgestellt, dass eine Kombination von frischem Eiweiss und sprühgetrocknetem Eiweiss das gewünschte Produkt ergibt. Frisches Eiweiss wurde an dem Tag, an dem die Vormischung zubereitet wurde, manuell von frischen Eiern abgetrennt, welche örtlich bezogen worden waren. Es wurde festgestellt, dass dieses Eiweiss 98 % lösliches Protein umfasste, dass aber die Proteinkonzentration weniger als 10 % betrug. Bedingt durch diese anfängliche Proteinkonzentration, kann die Verarbeitung von frischem Eiweiss alleine Anlass zu zähen Massen an denaturiertem Proteinprodukt geben. Sprühgetrocknetes Eiweiss wurde von Henningsen Foods (White Plains, NY) erhalten (Typ P-110 Eiweissfeststoffe) mit minimal 80 % Protein. Die Proteinlöslichkeit des sprühgetrockneten Eiweisspulvers war nur 83 % und Bearbeitung dieses Materials alleine kann eine unannehmbare Anzahl übergrosser Teilchen erzeugen. Um die Grenzen der Verwendung jedes der Materialien alleine zu vermeiden, wurden die frischen und sprühgetrockneten Eiweissmaterialien kombiniert, um eine geeignete Eiweissalbumin-Proteinquelle bereitzustellen.
Lecithin, Xanthan, Salzsäure und Lactose wurden aus den in Beispiel 1 zitierten Quellen erhalten und wurde in den Mengen verwendet, die in Tabelle 3 unten aufgelistet sind. TABELLE 3 Eiweissalbumin-Formulierung Bestandteile frisches Eiweiss sprühgetrocknetes Eiweiss Lecithin Xanthan Salzsäure Lactose
Frisches Eiweiss, Lecithin, Xanthan, Lactose, sprühgetrocknetes Eiweiss und Salzsäure wurden in der Reihenfolge und den in Tabelle 3 spezifizierten Mengen in einen Hochscherkraftmischer gegeben, wo diese gemischt und entlüftet wurden. Die resultierende Vormischung hatte einen pH von 3,6 und wurde in die Verfahrensapparatur gemäss Beispiel 1 eingebracht. Das Verfahren wurde mit einer Badtemperatur von 80ºC ausgeführt und wurde während 4,33 Minuten fortgesetzt, mit einer Blattgeschwindigkeit, die auf 5'080 rpm gesetzt war. Die maximale Produkttemperatur war 125ºC.
Das aus dem obigen Verfahren erhaltene Produkt war dick und sahneartig. 88,9 % des Proteins war zu Makrokolloidteilchen umgewandelt worden, welche eine ausgesprochene Tendenz hatten, lose zu aggregieren. Teilchengrössenanalyse zeigte, dass die Teilchen innerhalb des gewünschten Grössenbereichs lagen, mit einem Dv = 1,22um (Mikronen) und mit 4 % der Teilchen über 2um (Mikronen). Im wesentlichen waren alle Teile kugelförmig.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wurde Sojaprotein verwendet, um ein Proteinmakrokolloidprodukt herzustellen. Sojaprotein wurde von Ralston Purina (SN 1631-32-1, St. Louis, MO) erhalten und hatte einen Proteingehalt von 61,4 % und eine Löslichkeit von 81 % gemäss dem oben zitierten Verfahren. Lecithin, Xanthan, Salzsäure und Lactose wurden aus den in Beispiel 1 zitierten Quellen erhalten und wurden in den in Tabelle 4 unten aufgeführten Mengen verwendet. TABELLE 4 Sojaprotein-Formulierung Bestandteil Sojaprotein Lecithin Xanthan Salzsäure Lactose Wasser
Die Mischung wurde durch Zugeben von Wasser, Salzsäure, Lecithin, Xanthan, Lactose und Sojaprotein in der Reihenfolge zu einem Hochscherkraftmischer hergestellt, in dem diese gemischt und entlüftet wurden. Die entstehende Vormischung hatte einen pH von 3,74 und wurde in die Verfahrensanlage der Figur 1 eingebracht. Die Badtemperatur wurde auf 110ºC gehalten. Das Erwärmen wurde während 4,30 Minuten mit einer auf 5'080 rpm gesetzten Geschwindigkeit fortgeführt. Die vom Produkt erreichte Maximaltemperatur war 119ºC. Geschwindigkeit fortgeführt. Die vom Produkt erreichte Maximaltemperatur war 119ºC.
Das Produkt erhielt während dem Kochen eine leicht gebräunte Farbe und war geschmeidig, sahneartig und dick, mit einem etwas bohnenähnlichen Geschmack, der für Sojaprodukte typisch ist. 71 % des Proteins war zu Makrokolloidteilchen umgewandelt. Teilchengrössenanalyse zeigte, dass die Teilchen innerhalb des gewünschten Grössenbereichs lagen, mit einem Dv von 1,46 um (Mikronen) und einem Dmax von 2,5 um (Mikronen). Im wesentlichen waren alle Teilchen kugelförmig.

Beispiel 5

Ein Eiscrème-ähnlicher gefrorener Dessert wurde unter Verwendung eines gemäss dem folgenden Verfahren hergestellten Makrokolloidprodukts hergestellt. 63,5 kg (140 Pounds) WPC-50 Molkeproteinkonzentrat (Fieldgate brand, First District Assoc., Litchfield, MN 55355, lot 6302-2) wurde einem Extraktionsverfahren gemäss Beispiel 1 unterzogen. 53,1 kg (117 Pounds) extrahiertes Protein wurden erhalten. Das extrahierte Molkematerial war zu 97,6 % löslich (gemäss dem Verfahren, welches oben offengelegt worden ist), hatte einen Proteingehalt von 56,7 %, einen Fettgehalt von 1,9 % und einen Cholesterolgehalt von 53,1 mg/100 g.
Das extraktionsbehandelte Molkeproteinkonzentrat wurde dann in einem Mischer sorgfältig mit Lecithin ("Lecigran F", Riceland, Little Rock, AR), 37 % Salzsäure mit Lebensmittelqualität (J.T. Baker, Phillipsburg, NJ), Xanthan ("Keltrol T", Kelco, San Diego, CA) und Wasser in den Verhältnissen gemäss Tabelle 5 unten gemischt, um eine Proteinvormischung mit einem pH von 4,28 herzustellen. TABELLE 5 Molkeproteinformulierung Bestandteil Gew. kg (Pounds) Lecithin Salzsäure Xanthan Wasser
Die Proteinvormischung wurde entlüftet und mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 kg (55 Pounds)/h zu einem Paar Votator-Kratz-Wärmetauschern (7,62 cm x 30,48 cm) [3" x 12"] (Chemetron Corp., Louisville, KY) gegeben, welche bei 980 rpm betrieben wurden. Das Produkt wurde bei etwa 15,5ºC (60ºF) in den ersten Wärmeaustauscher gegeben und die Temperatur wurde gleichmässig auf etwa 87,8ºC (190ºF) erhöht, worauf das Produkt durch Führen in Rohrleitungen in einen zweiten Wärmeaustauscher übergeführt wurde, um auf etwa 21,1ºC (70ºF) abgekühlt zu werden. Die Behandlungsapparatur wurde während etwa 3 Stunden und 20 Minuten betrieben, wobei zu verschiedenen Zeiten Proben für die Analyse entnommen wurden. Die Makrokolloidproben wurden einer Grössen- und anderen Typen von Analysen unterzogen, deren Resultate in Tabelle 6, unten, dargestellt sind. Die Viskosität wurde unter Verwendung eines Kegel- und Plattenviscosimeters (Haake, Saddlebrook, N.J.) bestimmt. TABELLE 6 Probe Nr. Zeit Produkt Temp. ºC (ºF) Fliessgeschw. kg/h (lbs/h) Viskosität (cps) Mikron Kommentar schlechte Qualität
Molkemakrokolloidprodukt, welches übereinstimmend mit Beispiel 7 hergestellt worden war, wurde dann verwendet, um ein eiscrèmeähnliches, gefrorenes Dessert herzustellen. Die "Eiscrème"-Formulierung enthielt 2'200g Molkemakrokolloidprodukt als Ersatz für Vollrahm in einer Formulierung, enthaltend kondensierte Magermilch (30 % Feststoff), Saccharose (Bakers Special), Stabilisator (Fanci Freeze 1065, Celanese Corp., Louisville, KY), Natriumhydroxidlösung und Wasser.
Die Bestandteile von Tabelle 7 wurden in der folgenden Reihenfolge gemischt. Die Saccharose und der Stabilisator wurden trocken gemischt und zu einer Mischung von Wasser (1976,7 Gram) und kondensierter Magermilch gegeben, während sie Mischen mit hoher Scherkraft unterzogen wurden, um einen Saccharose-Stabilisator- Milchfeststoffbestandteil zu ergeben. Das Molkemakrokolloid wurde mit Wasser verdünnt (550 Gram) und dann unter Hochscherkraftsmischbedingungen mit einer verdünnten Mischung an Natriumhydroxid und Wasser (110 g) kombiniert, um eine neutralisierte Makrokolloid-"Sahne" zu bilden. Die Endmischung wurde dann durch Zugabe der Makrokolloid-"Sahne" zur Saccharose/Stabilisator/Milchfeststoffkomponente gebildet. TABELLE 7 Eiscrème-Formulierung Bestandteil Gew. (Gram) Saccharose Stabilisator Kondensierte Magermilch Wasser Molke-Makrokolloid Wasser NaOH-Lösung (10 %) Wasser
Die Mischung wurde in einem Pasteurisator (APV Platten-Wärmetauscher, APV, Tonawanda, N.Y.) auf 57,2ºC (135ºF) vorerwärmt, homogenisiert, bei 68,3ºC (155ºF) während 30 Minuten pasteurisiert, auf 11,1ºC (52ºF) gekühlt und vor dem Gefrieren über Nacht gealtert. Die "Eiscrème"-Mischung wurde dann mit geschnittenen, gefrorenen, getrockneten Erdbeeren und Erdbeer- und Vanillearoma aromatisiert, um eine Erdbeer-Eiscrème herzustellen. Die Bestandteile wurden von Hand in den Teilen gemäss Tabelle 8 gemischt. TABELLE 8 Erdbeer-"Eiscrème"-Formulierung Bestandteil Gew. (Gram) Eiscrèmemischung Erdbeeraroma Vanillearoma Geschnittene, gefrorene, getrocknete Erdbeeren
Die gekühlte Mischung wurde dann in einen automatischen Eiscrème-Mischer (Coldelite, N.J.) geladen und während etwa 20 Minuten laufengelassen, wonach das Produkt (bei einer Temperatur von etwa -7,8ºC [18ºF]) entfernt wurde.
Es wurden zwei Ansätze der Erdbeer-"Eiscrème"-Formulierung hergestellt, was zu = 11 l (2,9 Gallonen) fertiggestellter Erdbeer-"Eiscrème" führte, die durch eine sahneartige (nicht eisige) Textur gekennzeichnet ist. Das Produkt wurde gegen jedes von zwei kommerziellen Eiscrème-Produkten in Blindvergleiche durch Gruppen von 60 untrainierten Mitgliedern eines Schiedsgerichts, gegen zwei erste Marken an Erdbeer-Eiscrème verglichen, von denen jede etwa 14-16 % Butterfett enthielt. Im Vergleich der Textur war der allgemeine Anklang der drei Produkte grob vergleichbar, während im Vergleich der Sahneartigkeit, Geschmeidigkeit und Textur kein wesentlicher Unterschied beim alpha = 0,05 Wesentlichkeitsmassstab festgestellt worden war, wie aus den in Tabelle 9 unten aufgelisteten Resultaten ersehen werden kann. TABELLE 9 Textur-Vergleiche von Erdbeer-Eiscrème Produkt gemäss Bsp. Erste Marke Nr. Allgemeiner Anklang (9 = äusserst geschätzt) Sahneartigkeit (5 = viel zu sahneartig) Geschmeidigkeit (5 = äusserst geschmeidig) Textur (5 = viel zu dicht)
Drei Erstklass-Eiscrèmes und ein Vanille- Eiscrème der Standardklasse (Supermarkt-Marke) wurden einer vergleichenden Analyse unterzogen, mit einer Vanille-"Eiscrème"-Formulierung hergestellt im wesentlichen gemäss Beispiel 5, unter Verwendung eines Milchmolke-Makrokolloids als Vollersatz für Milchfett. Resultate der Vergleichsanalyse werden in Tabelle 10 unten vorgelegt. TABELLE 10 Näherungsweise Analyse von gefrorenen Desserts Per 100 Gram Produkt Probe Protein Gram Feuchtigkeit Gram Fett Rahm Asche Gram C. Fasern Gram Kohlenhydrate Gram Kalorien Erstklass Eiscrème Nr. Standard Eiscrème Beispiel Produkt

Beispiel 6

Ein Eiscrème-ähnlicher Dessert mit Schokoladegeschmack gemäss der Erfindung und beinhaltend in situ- Bildung von denaturierten Proteinteilchen wurde durch Formulierung einer Vormischung der in Tabelle 11 vorgelegten Bestandteile hergestellt. TABELLE 11 Bestandteil Gew.-% Protein Flüssiges Eiweiss Kondensierte Magermilch (30,15 % Lösung) Zucker Wasser Nicht fette Trockenmilch flüssiges Eigelb Zitrussäure (10 % Lösung) Frodex 36 (Getreidesirup-Feststoffe) Keltose (Alginat) Johannisbrotgummi Kakao (Gerkin's Sienna) Kakao (Bensdorp Royal Dutch) Vanille Sahnearoma (Naarden)
Eine Trockenmischung der Komponenen E, H und I und die Zuckerkomponente C wurden zubereitet. Die kondensierte Magermilch, B, und Wasser, D, wurden in eine Liquivertor-Mischapparatur geladen und die Trockenmischung und andere trockene Zutaten, E, J, K und L, wurden unter Mischen zugegeben, um alle Bestandteile zu lösen und dispergieren. Das Eigelb, F, wurde danach unter kontinuierlichem Mischen zugegeben. Als alle Komponenten gut gelöst waren, wurde das flüssige Eiweiss, A, zugegeben und kurz gemischt, gefolgt von der Zugabe der Zitrussäurelösung, G, in einer Menge, die ausreichend war, um einen pH der Gesamtmischung von 6,2 bis 6,5 zu erzielen. Nach Prüfen und Einstellen des pH's wie erforderlich, wurde der Rührer ausgeschaltet.
Die oben gebildete Vormischung wurde dann Pasteurisierung unter Hochtemperatur-Kurzzeit (HTST)- Bedingungen unter Rühren und Anwendung hoher Scherkräfte mittels zwei alternierender Verfahren unterzogen. Spezieller wurde anfänglich etwa 1/3 der Mischung durch Laden in einen 7,62 cm x 30.98 cm (3" x 12") exzentrischen Votator-Kratz-Oberflächenwärmetauscher, der bei einer Geschwindigkeit von 450 RPM betrieben wurde, aufgewärmt. Bei Erreichen der Temperatur von etwa 54,4ºC (140ºF) wurde die Mischung in eine kontinuierliche Anlage wie in Figur 2 der ebenfalls hängigen US-Anmeldung der Serien- Nummer 127 710 überführt, mit einer Blattgeschwindigkeit, die auf etwa 5'000 RPM gesetzt war. Bei Erreichen einer Temperatur von etwa 82,2ºC (180ºF), wurde die Mischung durch ein ~ 1,27 cm (1/2") AD, ~ 0,96 cm (3/8") ID isoliertes Metall-"halte"-Rohr geführt, in welchem die Mischtemperatur bei etwa 80ºC (176ºF) gehalten wurde, wobei die mittlere Verweilzeit der durch das Rohr durchgehenden Mischung auf etwa 20 Sekunden festgesetzt war. Kühlen der Mischung nach Pasteurisierung wurde erzielt mittels Durchführen durch einen ersten 7,62 cm x 30,48 cm (3" x 12") exzentrischen Votator-Kratz-Oberflächenwärmetauscher, der bei etwa 1000 RPM betrieben wurde, um einen Temperaturfall von 80ºC (176ºF) auf 26,7ºC (80ºF) zu bewirken, gefolgt von einem Durchgang durch einen 7,62 cm x 30,48 cm (3" x 12") konzentrischen Votator-Kratzwärmetauscher, der bei etwa 300 RPM betrieben wurde, um einen Temperaturfall auf etwa 3,3ºC (38ºF) zu bewirken. Aromastoffe, M und N, wurden dann zugegeben, und, nach optimaler Alterung, wurde die aromatisierte Mischung in einer üblichen Eiscrème-Gefriermaschine gefroren. Die Verwendung einer Gefriermaschineneinheit die ausgerüstet ist mit einem Schläger mit hoher Verdrängung und gekennzeichnet durch hohe Gefrierkapazität, ist bevorzugt.
Etwa 2/3 der Vormischung wurden einem Hochscherkraftverfahren mittels Verwendung des Votator-Kratzoberflächenwärmeaustauschers alleine unterzogen. Spezieller wurde die Mischung durch einen 3" x 12" exzentrischen Votator geführt, der bei etwa 1000-1100 RPM lief, um die Temperatur auf etwa 82,2ºC (180ºF) anzuheben, und die Mischung wurde danach durch eine Halteröhre wie zuvor beschrieben geleitet, welche die Aufrechterhaltung von 80ºC (176ºF) während einer mittleren Zeit von 20-22 Sekunden erlaubte. Durchführen durch einen zweiten exzentrischen Votator, der bei etwa 1000-1100 RPM lief, erlaubte einen Temperaturfall des Produkts auf etwa 60ºC, und eine Endreduktion der Produkttemperatur auf etwa 4,4ºC (40ºF) wurde unter Verwendung eines konzentrischen Votators erzielt, der bei etwa 300 RPM lief. Danach wurde die Mischung einem weiteren Verfahren, wie oben, unterzogen.
Produkte, die mittels der beiden oben genannten Hochscherkraftpasteurisierungsverfahren hergestellt worden sind, wurden einer Empfindungseinschätzung unterzogen und das Produkt der ersten Empfindungseinschätzung und das Produkt des ersten Alternativverfahrens war in bezug auf Geschmeidigkeit, Sahneartigkeit und Textur irgendwie bevorzugt.
Die Ausführung der Erfindung bei der Entwicklung gefrorener Dessertprodukte mittels Zubereitung von fettfreien oder im wesentlichen fettfreien Vormischungen, die reich an koagulierbarem Protein sind, schliesst im allgemeinen die Bereitstellung von Vormischungen ein, welche bis zu 20 Gew.-% Protein einschliessen, von welchem von 25-100 % in Form eines wärmekoagulierbaren Proteins bereitgestellt wird. Die Formulierung nach Tabelle 11 zum Beispiel, ergibt eine Vormischung, welche 8,256 Gew.-% Protein enthält. Von diesem Protein sind 4,20 % (erhalten aus der kondensierten Magermilch und nichtfetten Trockenmilchbestandteilen) im wesentlichen nicht wärmekoagulierbar und 4,056 % (erhalten aus dem flüssigen Eiweiss) ist wärmekoagulierbar.
Analyse des Eiscrème-analogen Produkts auf die Anwesenheit von denaturierten Proteinteilchen wird wie folgt erzielt. Eine Bestimmung der Anzahl an Teilchen mit Durchmessern im Bereich von 0,1 bis 3,0 um (Mikronen), die ein 1 Kubikzentimeter-Volumen einnehmen würden, wurde durchgeführt. Die berechneten Werte sind in Tabelle 12 unten dargestellt. TABELLE 12 Berechnete Anzahl Teilchen, welche 1 cm³ Volumen besitzen, nach unterschiedlichen Teilchengrössen um (Mikron) Bereich Anzahl Teilchen pro cm³
Produktproben wurden einer Analyse unter Verwendung eines Horiba-Teilchengrössenverteilungsanalysators (Modell CAPA700, Horiba Ltd., Miyanohigashi Kisshoin Minami-Ku, Kyoto, Japan) unterzogen, um die relativen Anteile aller Teilchen (innerhalb des 0,1 bis 3,0 um-(Mikronen)bereichs) für jeden in Tabelle 12 angegebenen um-(Mikronen)bereich zu bestimmen.
Produktproben wurden auch einer Ultrazentrifugationsanalyse unter Verwendung einer Beckman-Ultrazentrifuge (Modell Nr. L8-70M, Beckman Instruments, Inc., Palo Alto, CA) unterzogen. Spezieller wurden Proben mit Wasser zu 20 %igen Dispersionen verdünnt. Diese wurden von Hand geschüttelt und dann während 30 Sekunden bei 100 Watt beschallt, um einheitlich dispergierte und verdünnte Proben zu geben. Danach wurden die verdünnten Proben bei 25'000 RPM während 25 Minuten bei 22ºC unter Verwendung eines SW 28-Rotors zentrifugiert. Das Volumen des Ueberstands wurde dann gemessen und das von den Teilchen eingenommene Volumen wurde mittels Subtraktion vom Originalvolumen bestimmt, um die Prozent der ursprünglichen, unverdünnten Probe zu bestimmen, die durch Teilchenmaterial besetzt sind. Für irgend eine gegebene Probe kann die Anzahl Teilchen innerhalb jedes speziellen Grössenbereichs bestimmt werden, durch Multiplizieren des Werts in Tabelle 12, mal die Prozentteile der Grössenverteilung, mal die Prozent der Probe, die gemäss Bestimmung mittels Ultrazentrifugation durch alle Teilchen besetzt sind.
Wie zuvor angegeben, sind die gefrorenen Dessertprodukte der vorliegenden Erfindung einzigartigerweise gekennzeichnet durch die Anwesenheit von denaturierten Proteinteilchen mit Durchmessern im Bereich von 0,5 bis 2,5 um (Mikronen) in einer Anzahl im Ueberschuss von 1 x 10&sup8;. Es wird bevorzugt, dass Produkte der Erfindung 1 x 10&sup9; und bis zu 1 x 10¹² oder mehr solche Teilchen enthalten.
Elektronenmikroskopanalyse der in diesem Beispiel gebildeten Teilchen (Figur 3) zeigt eine Kern/Schalenkonformation für eine Anzahl der Teilchen, wobei die Schale aus Eiweissprotein eine dünnere Schicht umfasst, als sie in den Teilchen anwesend ist, die bei Ausführung von Beispiel 7 gebildet wurden.

Beispiel 7

Die folgenden Bestandteile wurden bei der Zubereitung eines Eiweiss/Caseinmicellen-Sahneersatznahrungsmittelbestandteils, wie unten beschrieben, verwendet: TABELLE 13 Bestandteil Gewichtsprozent (%) Kommentar Ultrafiltriertes Eiweiss (17 % Protein) Kondensierte Magermilch (11 % Protein) Lecithin Zucker Pectin (aus Aepfeln) Zitronensäure Wasser Beitrag von % des Gesamtgewichts der Zusammensetzung Um pH auf 6,6 einzustellen

SCHRITT A: Vor-Zubereitung

Der Zucker und das Pectin wurden trocken gemischt (Vormischung A). Pasteurisierte flüssige Eiweisse wurden in einem Dorr-Oliver-Ultrafiltrationssystem der Serie S mit einer Polysulfonmembrane ultrafiltriert, was ultrafiltriertes Eiweiss mit einem Proteingehalt von 17 % ergab (Vor-Zubereitung B). Das Lecithin wurde in einem STEPHAN Vertikal-Schneidwerkzeug/-Mischer VCM 12 R&D- Modell mit Wasser hydratisiert, welches mittels Umkehrosmose gereinigt worden war (Vormischung C). Eine verdünnte Lösung an Zitronensäure im Umkehrosmosewasser wurde zubereitet (Vormischung D).

SCHRITT B: Batch-Zusammensetzung

Wie in den Figuren 1 und 1A gezeigt, wird die Zucker-Pectin-Mischung (Vormischung A) in Umkehrosmosewasser in einem TRI-BLENDER -Hochscherkraftmischer hydratisiert. Ausreichend ultrafiltiertes Eiweiss (Vor-Zubereitung B) und kondensierte Magermilch werden zur hydratisierten Zucker-Pectin-Mischung in einen Sanitär-Batch- Behälter gegeben, um die Proteinkonzentration auf das unten angegebene Zielniveau zu bringen. Eine ausreichende Menge verdünnter Zitronensäure (Vormischung D) wurde zur Mischung zugegeben, um den pH der Mischung auf einen pH von 6,6 einzustellen. Das hydratisierte Lecithin (Vormischung C) wurde zur Mischung zugegeben, um die Batch- Formulierung zu vervollständigen. Diese Batch-Formulierung wurde in einem D-16 VERSATOR -Entlüfter entlüftet, um den dispergierten und gelösten Sauerstoff zu vermindern.

SCHRITT C: Wärmeverfahren

Die Batch-Formulierung wurde in eine Reihe Wärmeverfahrenseinheiten gepumpt, um den Batch vor der Wärmeverfahrensbehandlung auf eine Temperatur zwischen 48,9ºC-71,1ºC (120-160ºF) vorzuheizen. Die Batch-Formulierung wurde dann dazu gebracht, durch Sanitärrohrverbindungen in die Fluidverfahrensanlage gemäss der zuvor erwähnten, am 2. Dezember 1987 eingereichten U.S. Patentanmeldung Serien Nr. 127 170, mit einer Fliessgeschwindigkeit von 54,5 kg/h (120 lb/hr) und bei einer Temperatur von 80ºC-87,8ºC (176-190ºF) zu fliessen. Das Blatt des Fluidprozessors wurde auf 5000-7500 RPM gesetzt, um ein Eiweissprotein/Caseinmicellen (EWP/CM)-Mikroteilchenprodukt mit einer gewünschten sahneähnlichen Textur zu erhalten. Die mittlere Verweilzeit der Batch-Formulierung im Fluidprozessor war etwa 30 Sekunden. Der erhaltene Eiweiss/ Caseinmicellen-Fettersatz wurde sogleich (in- line) verwendet, um ein gefrorenes Milchdessert herzustellen. Wenn der gefrorene Milchdessert-Arbeitsgang fertig war, wurde eine Halteröhre verwendet, um den Eiweiss/Caseinmicellen-Fettersatz gemäss FDA-Verfahren zu pasteurisieren, d.h., 80,5ºC-87,8ºC (177-190ºF) / 25 Sek. Der pasteurisierte Fettersatz wurde dann auf 1,7ºC-4,4ºC (35- 40ºF) abgekühlt und bei dieser Temperatur für zukünftige Verwendung gelagert.

Beispiel 8

Der Eiweissprotein/Caseinmicellen-Fettersatz, hergestellt in Beispiel 7, wurde anstelle von Vollrahm für die Herstellung eines Eiscrème-ähnlicher gefrorener Desserts (Vanillearoma) als Bestandteil verwendet. Dieses gefrorene Dessert wurde durch ein Schiedsgericht aus Konsumenten auf dessen sahneartige Textur und allgemeine Akzeptanz getestet. Drei kommerzielle Marken an Vanille- Eiscrème wurden ebenfalls durch eine gesonderte Konsumentengruppe getestet. Die mittleren zugeteilten Bewertungen betreffend die Sahnigkeit (Sahnigkeit, Reichhaltigkeit und Geschmeidigkeit) zeigten alle, dass dieses gefrorene Dessertprodukt innerhalb den Bereich der Bewertungen fällt, welche für die kommerziellen Marken beobachtet wurden, sowohl zu Beginn als auch nach 5 Tagen Lagerung bei zyklischer Temperatur.

Beispiel 9

Eine Optimierungs-Studie wurde durchgeführt, um die Menge an Eiweissprotein/Caseinmicellen-Fettersatz des Beispiels 7 zu bestimmen, die in einem gefrorenen Dessert benötigt wird, welches die Textur einer Vorzugs (super premium)-Eiscrème simuliert, die etwa 16 % Butterfett aufweist. Das beste, hergestellte gefrorene Dessert, hatte die folgenden Anteile an Hauptkomponenten, wie in Tabelle 14 aufgelistet. TABELLE 14 Bestandteil Gewichtsprozent (%) Gesamtprotein Saccharose EWP/CM-Fettersatz des Beispiels 7 * Bildet 38,8 % des Gesamtproteins
Es ist leicht ersichtlich, dass die optimale Menge Eiweissprotein/Caseinmicellen-Fettersatz nach Beispiel 7 um eine über Vorzugs-Eiscrème vorzuspiegeln etwa 32 Gew.-% des gefrorenen Dessertprodukts beträgt. Es ist für den Fachmann ebenfalls leicht ersichtlich, dass die optimale Menge an Eiweissprotein/Caseinmicellen-Fettersatz in einer gegebenen Anwendung gemäss verschiedener Faktoren variieren wird, wie z.B., der Typ des Nahrungsmittels, die gewünschte Sahnigkeit, der Produktgehalt des Eiweissprotein/Caseinmicellen-Fettersatzbestandteils, die Teilchengrösse des Mikroteilchenproteins, die Anwesenheit oder Abwesenheit von Aggregathemmern mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Verbindungen, und ähnlichem. Routine- Empfindungsexperimente werden durchgeführt, um die bevorzugte Formulierung für jede Nahrungsmittelkategorie zu bestimmen.
Typische Eiscrème-ähnliche gefrorene Dessertformulierungen, die den vorliegenden Eiweissprotein/Caseinmicellen-Fettersatzbestandteil des Beispiels 7 verwenden, werden die in Tabelle 15 unten aufgeführten Bestandteile enthalten. TABELLE 15 Gewichtsprozent (%) Bestandteil Bereich bevorzugt EWP/CM-Fettersatzzutat des Beispiels 7 UF Magermilch (4x) Milch Feststoffe, nicht fett Zucker Eigelb Stabilisatoren Getreidesirupfeststoffe Stärke Aromastoffe * Wasser wie erforderlich Ausgleich * Kann Vollrahm oder ein Fett als Träger für fettlösliche Aromastoffe enthalten.
Es ist leicht ersichtlich, dass die verbesserten, geschlagenen, gefrorenen Dessertprodukte der vorliegenden Erfindung, wie oben unter Bezugnahme auf veranschaulichende "Eiscrème"-Formulierungen beschrieben, Produkte bilden, die die physikalischen und organoleptischen Eigenschaften von Vollfett-Produkten besitzen, aber einen wesentlich geringeren Kaloriengehalt und Nährwerteigenschaften höherer Qualität (d.h. höheren Proteingehalt) aufweisen. Während die obigen, veranschaulichenden "Eiscrème"-Produktformulierungen Saccharose als Süssstoff enthalten, ist es für jene mit allgemeinem Fachwissen klar, dass zahlreiche alternative Hochleistungssüssstoffprodukte wie Aspartam, Alitam, Acesulfam K und Sucralose als Ersatz für Saccharose in Produktzubereitungen gemäss der Erfindung verwendet werden können (zusammen mit geeigneten volumengebenden Mitteln, wie benötigt).
Während die obigen veranschaulichenden "Eiscrème"-Formulierungen den totalen Ersatz von Milchfett durch Proteinmakrokolloidzubereitungen mit sich bringen, wird auf ähnliche Weise klar, dass Hochqualitätsprodukte der Erfindung auch gefrorene Desserts einschliessen, in denen das Makrokolloid nur einen Teil (z.B. 50 %) des üblicherweise eingeschlossenen Fetts und/oder Oels ersetzt. Auf ähnliche Weise kann die vorliegende Erfindung, obschon "Eiscrème"-Produkte veranschaulicht wurden, vorteilhafterweise angewendet werden, um geschlagene, gefrorene Desserts mit reduziertem Fett oder ohne Fett (d.h. weniger als 1 % Fett enthaltend) herzustellen, wie Eismilch, Vanillesauce, Sorbett und ähnliches, sowie Glasuren, Brotaufstriche, Saucen, Dips, Moussen, Füllungen von Sahnekuchen und ähnliche Nahrungsmittelprodukte, welche normalerweise Sahne enthalten.

Claims

1. Gefrorenes, geschlagenes Dessertnahrungsmittel mit reduziertem oder ohne Fett- und/oder Oelgehalt, gekennzeichnet durch den teilweisen oder vollständigen Ersatz von Fett und/oder Oel durch ein Makrokolloid enthaltend im wesentlichen nicht-aggregierte Teilchen mit mindestens einer Schale enthaltend denaturiertes Protein, welches in trockenem Zustand eine mittlere Teilchengrössendurchmesserverteilung im Bereich von etwa 0,1 um (Mikronen) bis etwa 2,0 um (Mikronen) aufweist, mit weniger als etwa 2 % der gesamten Teilchenzahl, welche 3,0 um (Mikronen) im Durchmesser überschreiten und worin die Mehrheit der genannten Teilchen im wesentlichen kugelförmig sind, wie bei etwa 800-facher Vergrösserung unter einem Standard-Lichtmikroskop gesehen wird, wobei die Teilchen in einem hydratisierten Zustand das genannte Makrokolloid bilden, welches einen im wesentlichen geschmeidigen, emulsionsähnlichen, organoleptischen Charakter hat.

2. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 1, indem das Makrokolloid Milchfett ersetzt.

3. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 1, indem das Makrokolloid mehr als 50 % des Fett und/oder Oels ersetzt.

4. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 1, indem das Makrokolloid Fett und/oder Oel vollständig ersetzt.

5. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 1, welches ein Eiscrème-Analoges ist, das weniger als 1 % Fett enthält.

6. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 1, in dem das Makrokolloid ein denaturiertes Protein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Milchmolkeprotein, Eialbumin, Soya und Rinderserumalbumin, enthält.

7. Das Nahrungsmittel gemäss irgend einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Anwesenheit von mindestens 1 x 10&sup8;-Teilchen pro cm³ denaturiertes Protein mit Durchmessern im Bereich von 0,5 bis 2,5 um (Mikronen).

8. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Anwesenheit von 1 x 10&sup9; bis 1 x 10¹² der genannten Teilchen pro Kubikzentimeter.

9. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 7, welches weiter gekennzeichnet ist durch die Anwesenheit von weniger als 1 % Fett.

10. Das Nahrungsmittels gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, welches im wesentlichen nicht-aggregierte, sphärisch gestaltete Makrokolloidteilchen enthält, die gebildet werden durch

(a) ein koagulierbares Protein; und

(b) ein kernbildendes Mittel,

wobei das koagulierbare Protein um das kernbildende Mittel herum denaturiert ist.

11. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 10, in dem das kernbildende Mittel im wesentlichen nicht- aggregierte Caseinmicellen sind und das koagulierbare Protein Eiweissprotein ist.

12. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 11, in dem das Eiweissprotein aus ultrafiltrierten Eiweissen stammt und die Caseinmicellen aus kondensierter Magermilch oder ultrafiltrierter Magermilch stammen.

13. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 10, welches weiter enthält:

(c) eine mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Verbindung;

(d) ein Aggregathemmittel; und

(e) eine Säure mit Lebensmittelqualität.

14. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 13, in dem:

(i) die mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Verbindung Rohrzucker, Getreidezucker, Lactose oder Mischungen derselben ist;

(ii) das Aggregathemmittel Pectin, Lecithin, Xanthangummi, Guargummi, Datemester, Carrageen, Alginat, Maltodextrine, Kalziumsteoryllactylat oder Mischungen derselben ist; und

(iii) die Säure mit Lebensmittelqualität Milchsäure oder Zitronensäure ist.

15. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 14, in dem die mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Verbindung eine Mischung aus Saccharose und Lactose ist, das Aggregathemmittel eine Mischung aus Pectin und Lecithin ist und die Säure Zitronensäure ist.

16. Das Nahrungsmittel gemäss Anspruch 1, welches ein Eiscrème-ähnliches gefrorenes Dessert ist, enthaltend:

(a) ein Makrokolloid aus im wesentlichen nicht-aggregierten, kugelförmig gestalteten Teilchen, in dem die Teilchen Kerne enthaltend Caseinmicellen und äussere Schalen aus denaturiertem Eiweissprotein aufweisen;

(b) einen Süssstoff;

(c) einen oder mehrere Stabilisatoren;

(d) ein aromagebendes System; und

(e) nicht fette Milchfeststoffe.

17. Ein Verfahren für die Herstellung eines Nahrungsmittels gemäss irgend einem der Ansprüche 1 bis 16, welches Verfahren den teilweisen oder vollständigen Ersatz von Fett und/oder Oel darin durch ein Makrokolloid umfasst, welches im wesentlichen nicht-aggregierte Teilchen mit mindestens einer Schale enthaltend denaturiertes Protein enthält, die in einem trockenen Zustand eine mittlere Teilchengrössendurchmesserverteilung im Bereich von etwa 0,1 um (Mikronen) bis etwa 2,0 um (Mikronen) aufweisen, mit weniger als etwa 2 % der gesamten Teilchenzahl, welche 3,0 um (Mikronen) im Durchmesser überschreiten, und worin die Mehrzahl der genannten Teilchen im wesentlichen kugelförmig sind, wie bei etwa 800-facher Vergrösserung unter einem Standard-Lichtmikroskop zu sehen ist, und worin die Teilchen, die in einem hydratisierten Zustand das genannte Makrokolloid bilden, einen im wesentlichen geschmeidigen, emulsionsähnlichen, organoleptischen Charakter aufweisen.

18. Ein Verfahren für die Herstellung eines Nahrungsmittels gemäss irgend einem der Ansprüche 1-16, welches Verfahren die Herstellung einer Vormischung umfasst, welche von 5-20 % Protein einschliesst, von dem 25-100 % wärmekoagulierbares Protein sind, und unterziehen der Vormischung einer Wärmepasteurisierung und Hochscherkraftsbedingungen, um ein Produkt zu erzeugen, welches gekennzeichnet ist durch die Anwesenheit von mindestens 1 x 10&sup8; Teilchen pro cm³ an denaturiertem Protein mit Durchmessern im Bereich von 0,5 bis 2,5 Mikron.