Способ изготовления белковых напитков и устройство и система контура денатурирования

Изобретение относится к способу и системе для формирования смеси напитка, содержащей белок. Способ включает нагревание напитка в теплообменнике, передачу напитка в контур удерживания, расположенный за пределами теплообменника, денатурирование белка в контуре удерживания в течение периода удерживания после того, как напиток нагрет в теплообменнике, так чтобы происходило денатурирование за пределами теплообменника для предотвращения загрязнения теплообменника, и стерилизацию напитка в дополнительном контуре удерживания. Причем рН напитка находится в изоэлектрическом диапазоне белка. Система содержит резервуар формирования напитка, теплообменник для нагрева напитка и первый контур удерживания, отдельный от теплообменника, который выполнен с возможностью содержания напитка в течение периода удерживания для денатурирования белка в напитке, и дополнительный контур удерживания для стерилизации напитка. Изобретение позволяет обеспечить более однородное качество продукта и получить продукт с улучшенным вкусом. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

[01] Настоящая заявка имеет приоритет заявки США Сер. №61/606066 от 2 марта 2012 г. под названием “Способ изготовления белковых напитков и система контура денатурирования”, которая включена сюда полностью путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[02] В данной заявке заявлен приоритет по предварительной заявке на патент США №61/606066, поданной 2 марта 2012 г., и под названием “Method of Manufacturing Protein Beverages and Denaturizing Loop Apparatus and System”, которая представлена здесь полностью по ссылке.

[03] Данное раскрытие, в общем, относится к способу и устройству для интеграции этапа денатурирования белка для эффективного производства напитков с высоким содержанием молочного белка, например, смузи (молочные коктейли с фруктовым соком), pH которых находится в изоэлектрическом диапазоне белка, которые имеют тенденцию вызывать флокуляцию белка и обеспечивают низкие требования к тепловым кислотным процессам при распределении в охлажденном виде и/или при температуре окружающей среды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[04] Различные типы напитков или продуктов содержатся в разных типах контейнеров для потребления, в конечном итоге, потребителями. Контейнеры, такие как термопластиковые или стеклянные контейнеры для жидкости, обычно наполняют напитками и другими продуктами в процессе автоматического наполнения. Продукт должен быть стерилизован или не должен содержать живых микроорганизмов с учетом пищевых качеств продукта и возможностей хранения (включая их споры) для обеспечения для потребителя безопасного продукта, который имеет соответствующие атрибуты качества, ожидаемые потребителем.

[05] Обычно контейнеры могут быть наполнены напитками в процессе "холодного наполнения", “наполнения при окружающей температуре” или в процессе "горячего наполнения". В вариантах применения с холодным наполнением продукт в виде напитка нагревают до повышенной температуры в течение определенного интервала времени, для того, чтобы уничтожить любые живые микроорганизмы, с учетом безопасности пищевых продуктов и обеспечения возможности их хранения (включая их споры) (также называется пастеризацией), и затем охлаждают до обычной температуры окружающей среды. В варианте применения с наполнением при окружающей температуре продукт в виде напитка также нагревают до повышенной температуры на определенный интервал времени для того, чтобы уничтожить любые живые микроорганизмы и их споры (также называется пастеризацией), и затем охлаждают до обычной окружающей температуры или температуры 70-100°F (21-38°С). В обоих случаях предварительно стерилизованные контейнеры затем наполняют охлажденным стерилизованным продуктом в наполнительной установке, и на контейнеры устанавливают крышки, и их подготавливают для доставки.

[06] Технологию холодного наполнения или наполнения при окружающей температуре можно использовать при операциях наполнения для напитков, таких как смузи с фруктовым соком. Во время этого процесса может быть желательным денатурировать белки в белковых напитках, таких как фруктовые смузи, для обеспечения требуемого вкуса, текстуры и по другим причинам. Множество систем разработано для денатурализации белков на нагретых поверхностях теплообменников. Однако в случае напитков с высоким содержанием белка, например составов, содержащих 3-8% белка молочной сыворотки во время операции наполнения, белок может загрязнять теплообменник во время денатурирования, что может привести к ухудшению запаха продукта в результате накопления денатурированного белка в канале потока и может замедлить процесс наполнения. В частности, во время процесса денатурирования белки становятся менее растворимыми, и белки проявляют тенденцию формирования осадка в трубках теплообменника, в результате чего они загрязняют теплообменник и ухудшают вкус продукта.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[07] В примерном варианте выполнения раскрыт способ, содержащий формирование смеси напитка, содержащей белок. Способ заключается в следующем: нагревают напиток в теплообменнике, передают напиток в контур удерживания, расположенный за пределами теплообменника, и выполняют денатурирование белка в контуре удерживания в течение периода удерживания после того, как напиток нагрет в теплообменнике, таким образом, что денатурирование происходит за пределами теплообменника для предотвращения загрязнения теплообменника.

[08] В другом примерном варианте выполнения раскрыта система для обработки напитка. Система содержит резервуар формирования напитка, теплообменник для нагрева напитка и первый контур удерживания, отдельный от теплообменника, который выполнен с возможностью содержания напитка в течение периода удерживания для денатурирования белка в напитке.

[09] В другом примерном варианте выполнения раскрыт способ для формирования смеси напитка, содержащей белок молочной сыворотки. Способ заключается в следующем: нагревают напиток, подают нагретый напиток в контур удерживания и выполняют денатурирование белка в контуре удерживания в течение периода удерживания после того, как напиток нагрет.

[10] Для специалиста в данной области следует понимать, учитывая преимущество следующего описания некоторых примерных вариантов выполнения способов и систем, раскрытых здесь, что, по меньшей мере, определенные варианты выполнения, раскрытые здесь, имеют улучшенные или альтернативные конфигурации, пригодные для обеспечения дополнительных преимуществ. Эти и другие аспекты, свойства и преимущества данного раскрытия или определенных вариантов выполнения раскрытия будут далее понятны для специалиста в данной области из следующего описания примерных вариантов выполнения, совместно с рассмотрением следующих чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[11] Изобретение ниже описано в качестве примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

[12] Фиг. 1 - блок-схема потока обработки для приготовления напитков.

[13] Фиг. 2 - вид примерного варианта выполнения поворотной панели, которую можно использовать совместно с примерным способом по фиг. 1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[14] В то время как возможны различные варианты выполнения во множестве разных форм, на чертежах показаны и будут здесь описаны подробные примерные варианты выполнения, понимая, что настоящее описание следует рассматривать, как пример принципов изобретения, и оно не предназначено для ограничения широкого аспекта изобретения представленными вариантами выполнения.

[15] В примерном варианте выполнения система обработки напитка содержит резервуар 102 балансирования сока, предназначенный для смешивания компонентов напитка. Первый сырьевой регенератор 104, второй сырьевой регенератор 108, нагреватель 114, первый стерильный регенератор 122 и второй стерильный регенератор 128 (все из которых могут представлять собой теплообменники или другие нагревательные устройства) используют для нагрева обрабатываемого напитка. Качающиеся панели, которые содержат съемные трубы (более подробно описаны ниже), могут быть выполнены для обхода некоторых компонентов системы или для направления напитка по определенному каналу напитка в зависимости от типа обрабатываемого напитка. В одном варианте выполнения могут использоваться первая поворотная панель 106, вторая поворотная панель 116 и третья поворотная панель 124. Первый контур удерживания или контур 110 денатурационного удерживания используются для денатурирования белка в напитке. В одном варианте выполнения контур трубы денатурирования содержит трубу из нержавеющей стали диаметром от 1/2″ до 20″ (1,27-50,8 см). Синхронизационный (тактовый) насос 112 можно использовать для выпуска напитка из контура 110 денатурационного удерживания. Второй контур 118 удерживания и третий контур 120 удерживания могут быть выполнены для поддержания продукта при определенной температуре с целью стерилизации, которые также могут быть выполнены в форме контура или трубки. Гомогенизатор 126 можно использовать для смешивания напитка и приготовления смузи. Охладитель 130 продукта можно использовать для охлаждения напитка после обработки напитка, и стерильный буферный резервуар 132 также можно использовать для сохранения напитка перед наполнением.

Примерная поворотная панель 200 представлена на фиг. 2, которая может быть выполнена в виде любой из первой поворотной панели 106, второй поворотной панели 116 и третьей поворотной панели 124. Съемные коленчатые соединения или трубки 202 204 предусмотрены на поворотной панели 202 для обеспечения обходки. В общем, присутствуют четыре порта (A, B, C, D) на поворотной панели. Текучая среда протекает из порта А в порт B через трубку 202 и затем ее пропускают через один или больше второго сырьевого регенератора 108, контура 110 денатурационного удерживания, третьего контура 120 содержания и гомогенизатора 126 и т.д., и затем через порт C через трубку 204, и затем в порт D. Когда требуется выполнить обход некоторых компонентов системы, таких как нагреватель, контур удерживания или гомогенизатор и т.д., трубку 202 можно просто снять с верхнего набора портов A и B, и нижняя трубка 204 может быть удалена из портов C и D. Трубка 202 затем может быть подключена к порту A и к порту D таким образом, что текучая среда будет протекать с обходом одного или больше из второго сырьевого регенератора 108, контура 110 денатурационного удерживания, третьего контура 120 удерживания и гомогенизатора 126 и т.д. На трубках 202, 204 могут быть предусмотрены съемные зажимы 206 для обеспечения возможности легкого удаления трубок 202, 204, для обеспечения обхода. При такой компоновке система может быть выполнена с возможностью обхода определенных компонентов системы, таких как второй сырьевой регенератор 108, контур 110 денатурационного удерживания, третий контур 120 удерживания и гомогенизатор 126 на основе типа обрабатываемого напитка.

[17] Примерный способ производства напитка с высоким содержанием белка или напитков, содержащих белок, теперь будет описан в связи со схемой на фиг. 1. Напиток с высоким содержанием белка протекает по пути, показанному более темными стрелками на схеме. В этом варианте выполнения белок в напитке денатурируют внутри первой трубки удерживания или контура 110 денатурационного удерживания без подачи тепла.

[18] При такой обработке содержание напитка, содержащего желательные необработанные компоненты, которые, в конечном итоге формируют напиток, первоначально смешивают в резервуаре 102 балансирования сока. Первый сырьевой регенератор 104 подогревает содержание напитка после того, как смесь будет выпущена из резервуара 102 балансирования сока. Затем напиток поступает в первую поворотную панель 106, которая направляет напиток во второй сырьевой регенератор 108 для дополнительного нагрева и в контур 110 денатурационного удерживания для денатурирования. Напиток нагревают вторым сырьевым регенератором 108, при этом в одном варианте выполнения второй сырьевой регенератор 108 может нагревать напиток в диапазоне от 180°F до 210°F (82-99°С). Затем напиток выпускают из сырьевого регенератора 108 и содержат в контуре 110 содержания денатурирования. В одном примерном варианте выполнения период удерживания в контуре 110 содержания денатурирования находится в диапазоне 30-180 с. Это позволяет обеспечить требуемое денатурирование белка в напитке.

[19] После требуемого периода удерживания насос 112 передает напиток в нагреватель 114 для дополнительного нагрева. В одном примерном варианте выполнения напиток нагревают в нагревателе 114. Напиток затем направляют во второй контур 118 удерживания. Напиток затем поступает во вторую поворотную панель 116, и его направляют в третий контур 120 удерживания. Второй контур 118 удерживания и третий контур 120 удерживания обеспечивает дополнительную стерилизацию напитка, удерживая напиток при определенной температуре в течение определенного периода времени, необходимого для стерилизации. Кроме того, положение второго контура 118 удерживания и третьего контура 120 удерживания можно изменять таким образом, чтобы напиток поступал в третий контур 120 удерживания перед вторым контуром 118 удерживания. Напиток с высоким содержанием белка затем подают в первый стерильный регенератор 122, где его дополнительно нагревают для того, чтобы уничтожить любые бактерии. Назначение нагревателя 144, второго контура 118 удерживания и третьего контура 120 удерживания состоит в том, чтобы обеспечить тепловую обработку, которая обладает эквивалентной летальностью или в два раза большей или еще большей, чем эталонное тепловое уничтожение большинства устойчивых к воздействию тепла микроорганизмов, которые могут находиться в определенном продукте.

[20] Напиток затем поступает в третью поворотную панель 124, которая направляет напиток с высоким содержанием белка в гомогенизатор 126, который дополнительно смешивает напиток с высоким содержанием белка для того, чтобы получить продукт в виде напитка более единообразным и, в общем, более однородным. Гомогенизатор 126 содержит узкое отверстие (не показано), через которое пропускают напиток для смешивания напитка. Напиток снова нагревают во втором стерильном регенераторе 128 для того, чтобы уничтожить любые остающиеся бактерии. Напиток затем пропускают через охладитель 130 и затем его направляют в стерильный накопительный резервуар 132. В конечном итоге, напиток направляют в наполнитель (не показан) для операции наполнения.

[21] Аналогичный процесс изготовления может быть выполнен в отношении продукта-напитка с высоким содержанием кислоты без белка. Вообще говоря, такие типы продуктов-напитков не требуют денатурирования и дополнительного смешивания. Путь, по которому следует продукт с высоким содержанием кислоты, показан более светлыми стрелками. Продукт с повышенным содержанием кислоты обычно следует по тому же пути, что и продукт-напиток с высоким содержанием белка. Однако продукт с высоким содержанием кислоты не поступает во второй сырьевой регенератор 108, первый контур содержания (контур 110 денатурирования), третий контур 120 удерживания или гомогенизатор 126, поскольку продукт не содержит белок, который требуется денатурировать или который должен быть дополнительно смешан с помощью гомогенизатора.

[22] Определенные этапы процесса изготовления нет необходимости выполнять в описанном и представленном порядке. Другими словами, различные компоненты системы могут быть перекомпонованы в определенных случаях для достижения требуемых свойств продукта.

[23] Предусматривается, что способы, описанные здесь, можно использовать с любым из молочного белка, белка растительного происхождения или любых их комбинаций. В частности, способы, описанные здесь, можно использовать с белком молочной сыворотки или соевым белком и их комбинациями.

[24] Способы, описанные здесь, могут увеличивать скорость производства по сравнению с предшествующими системами. Например, выполнение отдельного контура 110 денатурационного удерживания для денатурирования может существенно расширить время производства для обработки напитков с высоким содержанием белка между процедурой очистки с асептическим впрыском каустической соды (AIC), где система тепловой обработки, включающая в себя теплообменники, очищается через определенный период производства. Наблюдали повышение производительности более чем на 40%, используя описанные здесь способы, поскольку контур 110 денатурационного удерживания существенно уменьшает скорость накопления белкового материала на теплообменниках. Уменьшение времени для процедур AIC, для удаления накопления белка на теплообменных поверхностях обычно составляет приблизительно 40 мин. Способы, описанные здесь, существенно уменьшают количество процедур AIC, необходимых во время типичного производственного процесса. Кроме того, системы предшествующего уровня техники работают с более медленными скоростями потока для того, чтобы исключить загрязнения белком теплообменника с повышенной скоростью в результате быстрого нагрева. Принимая во внимание то, что описанная здесь система работает со скоростью на 40% выше.

[25] Кроме того, при выполнении способов, описанных здесь, система позволяет обеспечить более однородное качество продукта. Кроме того, выполнение контура денатурирования в виде отдельного контура для системы обеспечивает гибкость при производстве, поскольку контур можно обходить для изготовления продуктов в виде немолочных напитков, таких как продукты с высоким содержанием кислоты или фруктовые соки.

[26] Учитывая преимущества вышеописанных примерных вариантов выполнения, специалисту в данной области будут понятны различные альтернативы и разные варианты выполнения при сохранении общих принципов раскрытого здесь изобретения. Специалисту в данной области будет понятно, что все такие модификации и альтернативные варианты выполнения находятся в объеме изобретения согласно прилагаемой формуле, предназначенной для охвата всех таких модификаций и альтернативных вариантов выполнения. Следует понимать, что использование единственного числа в данном описании и формуле изобретения соответствуют традиционному подходу в патентах, когда единственное число означает "по меньшей мере, один", если только в конкретном случае не следует из контекста, что термин в этом случае означает один и только один. Аналогично термин "содержащий" имеет открытое значение, не исключающее дополнительные элементы, свойства, компоненты и т.д.

1. Способ денатурирования белка в белоксодержащем напитке, включающий:
получение белоксодержащего напитка;
нагревание напитка в теплообменнике;
передачу напитка в контур удерживания, расположенный за пределами теплообменника;
денатурирование белка в контуре удерживания в течение периода удерживания после того, как напиток был нагрет в теплообменнике, так чтобы денатурирование белка происходило за пределами теплообменника для предотвращения загрязнения теплообменника, и
стерилизацию напитка в дополнительном контуре удерживания,
причем pH указанного напитка находится в изоэлектрическом диапазоне белка.

2. Способ по п. 1, в котором контуры удерживания представляют собой трубки из нержавеющей стали.

3. Способ по п. 1, в котором период удерживания в указанном контуре удерживания для денатурации составляет 30-180 с.

4. Способ по п. 1, в котором напиток нагревают в теплообменнике при температуре 180-210°F (82-99°C) перед передачей напитка в указанный контур удерживания для денатурации.

5. Способ по п. 1, в котором напиток содержит смузи с фруктовым соком, содержащий 3-8% белка молочной сыворотки.

6. Способ по п. 1, в котором напиток передают в теплообменник и в указанный контур удерживания для денатурации с помощью поворотной панели, содержащей съемную трубку.

7. Способ по п. 1, в котором в указанном контуре удерживания для денатурации к напитку не прикладывают дополнительное тепло.

8. Способ по п. 1, в котором напиток стерилизуют путем пропускания через дополнительный контур удерживания, который содержит второй контур удерживания и третий контур удерживания.

9. Способ по п. 1, в котором напиток дополнительно пропускают через гомогенизатор.

10. Система денатурирования белка в белоксодержащем напитке, содержащая:
резервуар формирования напитка;
теплообменник для нагревания напитка;
контур удерживания, отдельный от теплообменника и выполненный с возможностью удерживания напитка в течение периода удерживания для денатурирования белка в напитке, и
дополнительный контур удерживания для стерилизации напитка.

11. Система по п. 10, в которой контуры удерживания содержат трубки из нержавеющей стали.

12. Система по п. 10, в которой указанный дополнительный контур удерживания для стерилизации напитка содержит второй контур удерживания и третий контур удерживания.

13. Система по п. 10, дополнительно содержащая гомогенизатор.

14. Система по п. 10, в которой указанный контур удерживания для денатруации выполнен с возможностью его обхода во время обработки других напитков.

15. Система по п. 10, дополнительно содержащая поворотную панель, содержащую съемную трубку, для передачи напитка в теплообменник и в указанный контур удерживания для денатурации.

16. Система по п. 10, выполненная так, что в указанном контуре удерживания для денатурации не прикладывается дополнительное тепло.

17. Способ денатурирования белка в белоксодержащей смеси для напитка, включающий:
смешивание ингредиентов смеси для напитка, включая белок, для получения белоксодержащей смеси для напитка;
нагревание смеси для напитка в теплообменнике;
передачу смеси напитка в контур удерживания, расположенный за пределами теплообменника;
денатурирование белка в контуре удерживания в течение периода удерживания после того, как смесь для напитка была нагрета в теплообменнике, так чтобы денатурирование белка происходило за пределами теплообменника для предотвращения загрязнения теплообменника, и
стерилизацию смеси для напитка в дополнительном контуре удерживания,
причем pH указанной смеси для напитка находится в изоэлектрическом диапазоне белка.

18. Способ по п. 17, в котором контуры удерживания представляют собой трубки из нержавеющей стали.

19. Способ по п. 17, в котором период удерживания в указанном контуре удерживания для денатурации составляет 30-180 с.

20. Способ по п. 17, в котором смесь для напитка нагревают при температуре 180-210°F (82-99°C) перед передачей смеси напитка в указанный контур удерживания для денатурации.

21. Способ по п. 17, в котором смесь для напитка представляет собой смузи с фруктовым соком, содержащий 3-8% белка молочной сыворотки.

22. Способ по п. 17, в котором поворотная панель, содержащая съемную трубку, направляет смесь для напитка в контур удерживания.

23. Способ по п. 17, в котором в указанном контуре удерживания для денатурации к смеси напитка не прикладывают дополнительное тепло.

24. Способ по п. 17, в котором смесь для напитка стерилизуют путем пропускания через дополнительный контур удерживания, который содержит второй контур удерживания и третий контур удерживания.

25. Способ по п. 17, в котором смесь для напитка дополнительно пропускают через гомогенизатор.

26. Способ по п. 17, в котором белок получают из одного из молочного продукта, растений и их комбинаций.