颗粒冷冻食物产品的制作方法

专利名称：颗粒冷冻食物产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及颗粒冷冻食物产品(particulate frozen food product)或冷冻糖食 (frozen confection)，并且在优选的实施方案中，涉及颗粒的冰淇淋、冻牛奶(icemilk)、 清凉果汁饮料(sorbet)和能在商业乳品冷冻装置(commercial dairy freezer)和储存设 备中以常规(非低温)冷冻装置温度储存的冰。发明背景
低温学中近来的发展使得可以使用低温设备生产颗粒形式的冰淇淋型食物产品。 使用低温技术储存制成的颗粒冰淇淋型产品通常需要专用的设备，如非常低温的冷冻装 置，用于储存和零售环境中。这是因为一些颗粒产品需要-35° F或更低的储存温度来保持 其自由流动的颗粒性质。在大多数食品零售公司(establishment)、学校和家庭中不存在这 样的专用的设备，因此期望能在通常的零售乳品商店和家庭储存环境中储存的颗粒食物产
P
ΡΠ O发明概述根据优选的实施方案，提供冷冻食物产品，其包含水和总固体，其中所述食物产 品包含6-14重量％乳脂(milk fat)，4-24重量％非脂乳固体(non-fatmilk solids)，和 2.6-8重量％糖。在优选的产品中，产品为颗粒形状形式，其在冷冻装置中在0° F储存至 少20天时可保持自由流动。在某些实施方案中，食物产品进一步包含下述中的一种或多 种0. 1-0. 4重量％甜味剂；1-20重量％增体剂(bulking agent) ；0. 1-1重量％冷冻保护 剂(cryoprotectant)；—种或多种天然和/或人工香料(flavor)；和1-4%组合的稳定剂 /乳化剂。在某些实施方案中，产品包含至少约29重量％的总固体和少于约71重量％的 水；当在冷冻装置中在0° F储存至少30天时，产品可以保持自由流动，和/或配制物最小 玻璃化温度(glass transition)为至少-53° F而透明消失(devitrification)温度(如 果存在的话)为至少-52° F。优选的增体剂包括，但不限于，麦芽糊精。根据实施方案，提供优选的非乳品冷冻食物产品。食物产品包含水和固体，并且包 含2-10重量％的糖，0. 01-1. 0重量％的甜味剂，和0-2重量％的稳定剂。根据另一个实施方案，提供制造冷冻食物产品的方法，其包括制备配制物(包括 如上所述的配制物)，其中配制物优选通过如下制备合并(combine)液体组分，合并干粉 和将合并的干粉与合并的液体混合以制备配制物，并且所述方法通过如下继续搅拌配制 物，将配制物巴氏杀菌(pasteurize)、均质化(homogenize)、熟化(age)，和将配制物滴入 低温处理器而形成颗粒冷冻食物产品。在优选的实施方案中，均质化步骤与巴氏杀菌步骤 同步进行。
根据另一个实施方案，提供零售冷冻产品的方法，其包括制造冷冻产品(包括如 上所述的产品)，将冷冻产品装运至(Ship to)多个集结地(staging areas)，在装运步骤 中，使冷冻产品保持在预先确定的温度范围中，从而保持冷冻产品的自由流动性质，将冷冻 产品分别输送至(staging in)策略储存地点，将冷冻产品跨国界运输，将冷冻产品装运 至多个零售地，并零售冷冻产品。在优选的实施方案中，方法还包括使用阻气或防潮塑料 (gas-or moisture—barrier plastics)令冻产品。附图简述

图1是显示优选实施方案的详细内容的流程图；图2A-2C显示根据优选实施方案的分配机制；图3显示优选实施方案的设备布局(equipment arrangement)； 图4是优选实施方案中使用的设备的横截面正视图(elevational view)；图5显示的图表表明加热过程中退火对实施方案的热行为(thermalbehavior)的 影响；图6显示四种不同配制物在热量测试中获得的融化曲线；图7是图6在_60°C和-10°C之间部分的放大图，显示测试的每种配制物的玻璃化 温度和开始融化的温度。图8是与图6在_5°C和+2°C之间相关部分的放大图，显示测试的配制物的凝固点 (freezing point)。图9显示服务形式的实施方案；和图10和11显示单独以及服务模式的另一个实施方案。发明详述A.定义与概括说明在详细解释公开的实施方案之前，应理解的是本发明的应用不限定在所示具体布 局或配制物的详细说明中。而且，本文使用的术语是为了说明，而不是限制。根据优选的实施方案，提供小颗粒形状的形式的冷冻糖食的配制物，如冰淇淋、冰 牛奶、冰或清凉果汁饮料。颗粒形状通常可以是图9所示的球形、球状体，但是也可以是如 图10和11所示的长方形、椭圆形、扁圆形或其他略微不规则的形状。除了具有不规则的 总体形状之外，颗粒形状的表面也可以是光滑或不规则的(例如坑坑洼洼(bumpy)、有麻点 (pocked)等)。平均而言，颗粒形状将优选地具有约0. 05英寸至约0. 5英寸或更小的直径， 包括0. 4英寸、0. 3英寸、0. 25英寸、0. 2英寸、0. 15英寸和约0. 1英寸，和包括这些尺寸并 以它们为边界的范围。也期望直径在这些范围之外的颗粒形状。对于不具有常规直径的非 球形，直径为适合(fit into)颗粒形状的最小球的直径。理想的是，珠状产品是自由流动模式，使其可易于倾倒。自由流动，如本文所使用 的，是广义的术语，其包括产品作为单独颗粒形状而流动的能力，而且在倾倒过程中，彼此 之间有很少或没有结块(clumping)或粘结(sticking)。储存一段时间后可能有轻微粘结， 但是轻拍容器将使颗粒形状不再粘结(unstick)并使它们自由流动。通常，球形对自由流 动的可倾倒产品有帮助。—些类型的颗粒形状在专用的低温冷冻装置中储存，所述冷冻装置优选具有平均 约-20° F至约-40° F的温度。在优选的实施方案中，提供能在更高温度如在家庭冷冻装置或杂货店乳品冷冻装置中储存的颗粒形状，这些颗粒形状能在约-10° F-0° F，偶尔升 至可能高达+5° F的温度储存时保持自由流动的形式。实现它的一种方法是增加形成颗粒 形状的液体配制物的凝固点(减小凝固点降低(freeze-point expression))，但也可以使 用其他方法。除非另外说明，本申请中引用的所有百分比都是按配制物重量计的百分比。B.根据某㈣优诜实施方案的组分和配制物如前所述，期望在常用冷冻装置中储存颗粒形状并仍然保持其自由流动性质。为 了实现这一目的，现在描述产生颗粒形状过程中使用的多种样品液体配制物。应该注意的 是，下述配制物仅为实例，可以制备包含如本文所述的各种量的组分的很多其他配制物。三 种不同实例配制物类型的一些组分如下(所有百分比均按总配制物的重量计) 组分配制物I配制物Il配制物IIl
孔脂(乳脂肪(butterfat))9-11%6-14%
非脂乳固体4-12%4-20%
麦芽糊精(或其他增体剂)0-20%0-20%0-10%
糖15-17%2.6-8%2-10%
甜味剂(人造)<0.4%<0.8%
组合的稳定剂/乳化剂<1% (如果存在) <4% (如果存在) <1% (只有稳定剂)
总固体>=35.5%>=29.7%
水<=63.5%<=70.3%70-96%通过调整上述组分中的一种或多种，可以增加本文所公开的形成颗粒形状的各种 配制物的凝固点，并且一些调整彼此组合的效果更好。如上所示，上述一些配制物包含多种 与水组合的总固体。在颗粒形状中，水以液体和固体两者存在。这是因为由于存在溶解的 溶质和自身低温冷冻，并非所有的水都凝固。颗粒形状中固体/液体比例会影响它们的坚 固性(firmness)。这又影响倾倒性(pourability)和颗粒形状保持自由流动的能力。可影 响倾倒性的其他因素包括，但不限于，冰晶的大小、凝固点、熔点、玻璃化温度、是否存在透 明消失、储存温度和条件。这些因素将在下面的C部分中进一步讨论。在美国，为将一种产品合法描述为冰淇淋，总固体含量必须为35. 55%。因此，根据 配制物I的配制物在美国被认为是冰淇淋。这是因为大多数冰淇淋形成成品冰淇淋产品必 须重达至少4. 51b/gal，并且每加仑必须包含至少1. 61b的食品固体或总固体，其基本上等 于35. 5%的最小总食品固体量。在美国，低于这些限制的任何成品都不能标明为冰淇淋。 然而，其他国家有不同的要求。例如，在除美国之外的几个国家中，配制物的总固体含量可 以低至29. 7%，还可能更低，仍然可以标明为冰淇淋。因此，根据配制物II的配制物优选 具有的固体水平在美国以外认为是合法的冰淇淋。因此，在某些优选实施方案中，冷冻糖食 中总固体为至少约25%，至少约26%，至少约26. 5%，至少约27%，至少约27. 5%，至少约 28 %，至少约28. 5 %，至少约29 %，至少约30 %，至少约31 %，至少约32 %，至少约33 %，至 少约34%，至少约35 %，至少约36 %，或至少约37 %，其中所述百分比为按包括水的总配制 物的重量计。乳制品配制物(如根据配方I和II的乳制品那些)的一个固体组分是乳脂。组 合物中的乳脂，也称为乳脂肪，为配制物提供大量奶油质地和主体(body)，更高水平地提供更多的乳脂状(creaminess)与丰富程度(richness)。乳清(serum)固体或非脂乳固体是乳和/或奶油的水溶性成分，包括但不限于酪 蛋白和其他牛乳蛋白质(milk protein)。应该注意的是，尽管乳脂和水列为单独的组分，但 是在大多数实施方案中，乳脂、水和乳清(serum)固体包括于形成乳制品配制物I和II的 基础的牛乳和奶油中，并因此不需要包含单独的组分。非脂乳固体可以增强冰淇淋的质地，辅助产生主体和耐咀嚼性，并且可比乳脂廉 价。乳清(whey)固体，包括改性的乳清(modified whey)产品，也可以取代非脂乳固体，但 是按照美国联邦政府的要求，不能取代总配制物中多于25%的总非脂乳固体。蛋黄也可以 用作固体的另一种来源。因此，在一个实施方案中，优选配制物中约至25% (包括5% 至20%和10%至15% )的非脂乳固体包含乳清固体和/或蛋黄固体。多种配制物(特别是包含乳脂的那些)中还可以包括乳化剂。优选的乳化剂 可以 包括单甘油酯、双甘油酯和聚山梨醇酯。多种配制物中可以包括稳定剂。稳定剂帮助控制 配制物的粘度，更多稳定剂通常提供更高的粘度，特别是在脂肪和固体的量较低的实施方 案中。粘度影响配制物形成时的滴注速度(driprate)。在乳制品配制物I和II中，优选的 稳定剂包括瓜尔豆胶(guar)、角叉菜胶(carrageenan)、LBG和/或CMC。在非乳制品配制 物III中，优选的稳定剂包括纤维素胶(cellulose gum)。在那些使用稳定剂和乳化剂两者的乳制品实施方案中，本文公开的用于制备冷冻 糖食的配制物包括组合的稳定剂/乳化剂，并且所述量为存在的稳定剂和乳化剂组合的总 量。当制备配制物时，实际上无需以单独组分加入组合的稳定剂/乳化剂；这两种材料的重 量包括在一起，因为在很多实施方案中使用商业的组合的稳定剂/乳化剂配制物，其包括 一种或多种稳定剂和一种或多种乳化剂。因此，稳定剂/乳化剂可以是商业的或专有的配 制物，或者可以是向配制物中加入的一种或多种稳定剂和/或一种或多种乳化剂的组合或 系列。根据某些实施方案，还可以向配制物中加入一种或多种增体剂。增体剂包括高分 子量的聚合化合物(如多糖)，其使食品的粘度和体积(bulk)增加。优选的增体剂包括，但 不限于，聚右旋糖、右旋糖苷、玉米糖浆固体和麦芽糊精。在某些优选的实施方案中，使用麦 芽糊精，其包括，但不限于，DE为5、10、15和20的那些，其中DE指“右旋糖当量”。在优选 的实施方案中，增体剂的总量为1-20重量％，包括1-15重量％，5-15重量％，包括按重量计 6%，8%，10%和12%。因为增体剂和稳定剂两者都对配制物的粘度有贡献，所以包含增体 剂的配制物可以包括或者可以不包括稳定剂或稳定剂/乳化剂。配制物优选包括至少一些糖(蔗糖)。蔗糖优选以2-17重量％存在，包括2-8%， 10-17%，5-15%，约 3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%,10%,11%,12%^Ρ 13%，和由涵盖这 些值并以其为边界的范围。配制物通常还包括一些乳糖，因为乳糖是牛奶、奶油和非脂乳固 体的天然部分。在优选的实施方案中，配制物中的乳糖为2-15重量％，包括2-8%，5-10%， 5-15%，约 3%，4%，5%，6%，7%，8%，9%，10%，11%，12%和 13%，以及包含这些值并以 其为边界的范围。配制物中可以包括其他非糖甜味剂，如果糖、也称为多元醇的糖醇，如赤 藓糖醇、木糖醇和麦芽糖醇，人造甜味剂包括，但不限于，三氯半乳蔗糖(sucralose)、天冬 氨酰苯丙氨酸甲酯(aspartame)和糖精(saccharine)，和一种或多种甜味剂的组合。因 为量一定时，人造甜味剂远比糖甜，例如三氯半乳蔗糖的甜度是糖的约600倍，所以三氯半乳蔗糖的量可以非常小(例如，如果存在，为0. 01-0. 4重量％，包括约0. 015,0. 02,0. 03、 0. 04,0. 05,0. 1,0. 15,0. 2,0. 3以及涵盖这些值并以其为边界的范围)，但仍具有有效的甜 度。因此，人造甜味剂取代糖可以降低配制物中固体和蔗糖的量。在人造甜味剂中，三氯半乳蔗糖具有在均质化/巴氏杀菌过程中(图1的步骤 124)保持稳定的优势。三氯半乳蔗糖不用于大体积(bulk volume)给予所得的配制物，因 为这样会使所得的配制物过甜。其他无糖甜味剂也具有相似的性质。配制物还包括一种或多种调味品(flavoring)。这些包括但不限于巧克力、草莓、 香草和香蕉半剖条(banana split)。加入的调味品的量经常略小，使组合物中的差异相对 较小，从而调味品基本上不影响多种配制物中形成的颗粒形状的储存性质。然而，应该注意的是，有些调味品(如巧克力)通常需要额外甜味剂存在的量高于 其他调味品(例如香草)所必需的量。在巧克力的情况下，额外的糖或甜味剂如玉米糖浆干 粉或其他甜味剂优选过量添加，其量通常提供额外的甜度，其 对于以一定水平(在优选的 实施方案中约0. 5% -2%，包括约和1. 5%的水平)加入用于调味的可可粉是有益的。如上所示，可用的多种配制物落入本文公开的参数之内。然而，在包括固体组分的 所有配制物(通常为基于乳制品的配制物)中，总固体百分比加水百分比等于100。因此， 例如，如果配制物中总固体含量升高，应该理解的是水含量会相应地下降。对于根据配制物I的配制物，乳脂含量优选为约9-11 %，包括约9. 5 %，10 % 和10.5%，以及涵盖这些数值并以其为边界的范围；非脂乳固体含量优选为约8-12%， 包括约4.5%，5%，和5.5%，以及涵盖这些数值并以其为边界的范围；糖含量优选为约 15-17%，包括约15.5%，16%，和16. 5%，以及涵盖这些数值并以其为边界的范围；稳定剂 /乳化剂含量优选为0. 1-1%，包括约0. 5% ；而乳清(serum)固体含量优选为4_6%，包括 约4. 5%，5%，和5. 5%,以及涵盖这些数值并以其为边界的范围。尽管通常不存在非糖甜 味剂，但是在一些实施方案中，它们可以以约0. 01-0. 5%的水平存在。在根据配制物I的一 个优选实施方案中，乳脂(乳脂肪)含量为约10.5%，蔗糖(糖)为约16%，非脂乳固体为 约5. 1%，稳定剂/乳化剂为约0. 3%，并且血清(serum)固体为约5. 1%，从而产生总固体 为约36.0%，配制物的其他部分(约64.0%)为水，其中所有提及的百分比均为按重量计 的。上述百分比为优选值，百分比在这些数值以外并且包括一种或多种其他组分的配制物 也包括在内。对于根据配制物II的配制物，乳脂含量优选为约6-14%，包括约8-12%，和 7%，9%，10%，11%和13%，以及涵盖这些数值并以其为边界的范围；非脂乳固体含量优 选为约 4-24%，包括约 13-16%，包括约 5%，6%，7%，8%，9%，10%，11%，12%，14%和 15%，以及涵盖这些数值并以其为边界的范围；糖含量优选为约2-5%，包括约2. 5%,3%, 3. 5%，4%和4. 5%，以及涵盖这些数值并以其为边界的范围；一种或多种非糖或人造甜味 剂的总含量优选为约 0. 01-01%，包括约 0. 1-0. 5%禾口 0. 05%,0. 2%,0. 3%,0. 4%,0. 6%, 0. 7%，0. 8%和0. 9%，以及涵盖这些数值并以其为边界的范围；稳定剂/乳化剂含量优 选为0. 1-4%，包括约0. 1%，2%和3%，以及涵盖这些数值并以其为边界的范围；并且乳 清(serum)固体含量优选为4_8 %，包括约5 %，6 %，和7 %，以及涵盖这些数值并以其为 边界的范围。在根据配制物II的一个优选实施方案中，乳脂为约8. 4% ；非脂乳固体为约 13% ；蔗糖为约3% ；组合的稳定剂/乳化剂为约0. 3%，三氯半乳蔗糖为约0. 02%，且乳清(serum)固体为约5. 2% ；剩余部分为水。本段中所有百分比均为按重量计的。还包括非乳制品配制物，如上述的配制物III。根据配制物III的配制物，包括 优选约2-10 %糖，包括约3-6 %，包括约4%，5%，7%，8%和9%，以及涵盖这些数值并以 其为边界的范围；可选地约0. 01-1 %非糖甜味剂，包括约0. 05%，0. 2%，0. 3%，0. 4%， 0.6%,0. 7%,0. 8%和0. 9%,以及涵盖这些数值并以其为边界的范围；且稳定剂含量优选 为0. 1-1%，包括约0. 5%，剩余部分为水。非乳制品配制物III的一个优选实施方案包括 约95%水，约4%蔗糖，约0. 5%非糖甜味剂如三氯半乳蔗糖，和约0. 8%稳定剂，剩余部分 为水。不存在关于总固体含量的标注限制，因为基于水的产品意图与冰淇淋不相似。在非乳制品配制物III中，稳定剂起着重要的作用。除其他功能外，它们还负责吸 收冰产品配制物中有时存在的自由水(free water) 0尽管可以使用很多其他稳定剂，但是 一种能有效实现这一目的的稳定剂是纤维素胶。稳定剂也用于提供质地、主体、硬度，并改变本文所述冰产品的融化性质。 这些在 颗粒冰产品中特别重要，因为以球体或相似形状形成颗粒形状和由此产生的自由流动性质 对于产品的商业成功是有益的。稳定剂通过如下实现这一目的结合由于温度波动而融化 的水，并因此防止水在全部配制物中的扩散(diffuse)和一旦再冰冻时更大冰晶的形成。C.某㈣优诜实施方案的特件与件质如前所述，通常将颗粒冰淇淋在非常低的温度储存在低温冷冻装置中。在某些优 选的实施方案中，产品能以更高的温度储存，比如在冷冻装置中以通常用于储存常规冰淇 淋和冷冻食品的温度储存，同时保持颗粒形状为基本上自由流动和可倾倒的性质。因此，在 优选的实施方案中，当以-10° F-IO0 F，包括-5° F和0° F，包括或不包括偶尔升至可能 高达+5° F的温度储存时，珠状产品的配制物是基本是自由流动的，这些产品可储存约四 个月，包括约三个月，约两个月和约一个月的时间。储存在0° F周期性升至约+5° F这样 的温度条件常见于零售公司的自除霜商业冷冻装置中，其中可出售产品，如冷冻糖食。保持 颗粒形状的自由流动性质是极为理想的，因为具有重要的商业意义。几种因素和性质能影响适于在更高温度储存的配制物的稳定性和性能。一种性质 是配制物的凝固点。凝固点更高的配制物能在更高的冷冻装置温度保持更坚固的冻结，这 肯定有助于产品保持自由流动。增加配制物凝固点的一个方法是降低低分子量化合物的 量，修正或者不修正配制物的总固体。在优选的实施方案中，配制物的凝固点为至少27° F，包括至少约27. 5° F，至少 约28° F，至少约28. 5° F，至少约29° F，至少约29. 5° F，至少约30° F，至少约30. 5° F， 至少约31° F，和至少约31. 5° F。在优选的实施方案中，凝固点为29° F_31° F。在部分由于固体减少而储存温度更高的实施方案中，改进产品适口性 (palatability)的一个方法是增加非脂乳固体的量。非脂乳固体可以改进获得的颗粒形状 的主体、质地和(最重要的是)味道。减少固体的一个方法是用人造甜味剂代替配制物中的蔗糖，所述甜味剂可以提供 高的甜化力(sweetening power)，但是贡献出少得多的固体，这使得凝固点产生不理想的 降低。然而，已经发现，在配制物中保留一些蔗糖有益处，因为蔗糖可以用作主体增强剂和 保存期(shelf life)延长剂，从而使人造甜味剂的味道不会随时间而变淡(going flat)。因为糖如蔗糖和乳糖或小的糖类(例如二糖)非常强地有助于凝固点下降，因此在某些实施方案中，降低了这些小的糖类的量或者将其降至最低。用于降低蔗糖量的策略 包括由其他非糖或高分子量甜味剂取代。降低乳糖的量的策略包括使用低乳糖牛奶、奶油 和/或替代的非脂乳固体，和/或使用较少量的这些组分的一种或多种。在优选的实施方 案中，配制物中二糖的总量优选为20重量％或更少，包括15%或更少，12%或更少，11%或 更少，10 %或更少，9 %或更少，8 %或更少，7 %或更少，6 %或更少，和5 %或更少(包括涵盖 这些数值并以其为边界的范围)，并且包括约5% -15%，和约5%至10%。在优选的实施 方案中，单糖和/或二糖优选构成了配制物中总非脂肪固体的60重量％或更少，包括50重 量％或更少，包括40 %或更少，35 %或更少，33 %或更少，30 %或更少，25 %或更少，20 %或 更少(包括涵盖这些数值并以其为边界的范围)，包括约25 % -45 %，和约30 %至40 %。配 制物的固体含量能通过下述保持用更高分子量的化合物(例如增体剂和其他乳固体)，取 代一些或全部去除的单糖和/或二糖。尽管不希望受到理论的限制，但据信有助于粘结颗粒的因素之一是配制物中存在 的游离(非结晶)水的量。即，如果将总水量相等但是冰与游离水比例不同(由于配制物中 的差异)的两种配制物储存在相同的条件下，可以假定的是，同较多的水以结晶形式结合 为冰的配制物相比，游离水百分比更高的配制物倾向于具有更多的(或者更快地)粘在一 起的颗粒。因此，在优选的实施方案中， 配制物中优选0.1%至16%的水在0° F以游离水 存在，包括约 5%M 15%,7% -11%,^P 7%,8%,9%,10%,11%,12%,13%,14%^Ρ 15%, 以及涵盖这些数值并以其为边界的范围。在指定温度，配制物中游离水的量依赖于开始融化的温度。因此，在某些优选的实 施方案中，冷冻配制物开始融化(融化开始)的温度优选约-31° F或更高，包括-30° F 或更高，-25° F或更高，-20° F或更高，-15° F或更高，-10° F或更高，和-5° F或更 高，包括涵盖这些数值并以其为边界的范围，包括但不限于-30° F至-10° F和-25° F 至-10° F。会在更高的温度影响产品性质的其他性质是产品配制物的玻璃化和透明消失温 度。起初当形成珠状产品时，其是急骤冻结的(flash frozen)，使产品成为食品玻璃(food glass)，其中配制物的分子处于运动停滞状态，使它们不能组织成晶体结构即使配制物处 于远低于凝固点的温度。这种玻璃状形式(glassyform)通过无序的分子和脆弱并略微不 稳定的材料表征。当给这种材料加温时，它会越过或经历其玻璃化(surpass or go through its glass transition) 0这在优选约-40° F(+/_约5° F)的温度发生。在玻璃化温度， 配制物中的分子开始自由断裂(break free)，使材料从玻璃状形态转变成橡胶状的或增塑 的材料。如果允许将材料继续给加温至略高的温度，最终将到达可发生透明消失的温度。 透明消失是加热中形成冰的过程。对于透明消失和冰晶形成，有几个需要考虑的因素。两 个需要考虑的因素是透明消失发生的温度和冰形成过程中的放热量。图5提供曲线，显示在加热过程中退火对配制物行为的影响，包括对玻璃化、透 明消失和融化的影响。最上面的曲线代表在液氮中淬火然后加热的样品的行为。这种材 料在冰形成过程中有显著的透明消失放热。随着退火时间的增加，透明消失放热降低，直 至在配制物中基本不存在，所述配制物已经历了由较长的退火时间带来的最大冷冻浓度 (has undergone maximal freezeconcentration brought about by a longer annealingperiod) 0因为颗粒发生粘结或结块的速度也依赖于水分子在配制物基质中自由移动以形 成晶体的能力，所以另一种降低结晶形成速率的方法是产生更粘的配制物基质。这可以通 过降低配制物中小分子的量和/或增加配制物中大分子的量而完成。例如，可以降低蔗糖 的量，和/或可以使用乳糖减少的乳制品。可以向配制物中加入更大的分子，包括但不限于 增体剂如麦芽糊精。很多因素和变量可有助于玻璃化(vitrification)/透明消失(分别为转化成玻 璃状形态和脱离玻璃状形态)，其中一些为蔗糖水平，蛋白质含量和来源，稳定剂，麦芽糊精 和储存温度。因此，在某些优选的实施方案中，对配制物进行配制以增加玻璃化温度和/或 将透明消失降至最低或消除。因为配制物颗粒彼此粘结和材料自由流动性质的损失或降低 的可能性随着温度增加(并且在更高的温度以更大的速度增加)，所以储存、运输和处理产 品优选发生在低于开始融化和/或低于或不高于(below or not well above)玻璃化温度 的温度，以帮助产品保持自由流动并帮助防止粘结或结块。在一个优选的实施方案中，在 如下温度储存产品，所述温度在约10° F，包括约8° F, 6° F, 5° F, 4° F, 3° F, 2° F和 1° F的开始融化温度之内(包括涵盖这些数值并以其为边界的范围)。在这样的温度储存 使产品可以正确地熟化。在优选的实施方案中，配制物的玻璃化温度(中点)为至少-55° F，包括至少 约-50° F，包括至少约-45° F，包括至少约-40° F，包括至少约-35° F，至少约-30° F， 至少约-25° F，至少约-20° F，至少约-15° F，至 少约-10° F，至少约-5° F，和至少约 0° F(包括涵盖这些数值并以其为边界的范围)。另一个在更高的储存温度会影响性能的性质是冰晶大小。在制备产品的优选方法 中，如下文更详细讨论的，配制物非常快地冻结，有时称作急骤冻结(flash-freezing)。将 配制物的液滴冻成颗粒的速度非常快，在少于两分钟之内可完成整个冷冻过程。因此，并假 设配制物不可在高温(熔点或透明消失点以上)保持较长时间，其中形成的冰晶将比将配 制物更加缓慢地冷冻时小得多。这是期望的性质。大的冰晶能使颗粒形状感觉粗糙而且较 不适口。对于玻璃化，在从玻璃态向橡胶状形态转化的过程中，本文公开的配制物I和II 以及其他配制物中麦芽糊精或其他增体剂的使用可为有益的。这是因为麦芽糊精抑制未结 合(游离)水的流动性(mobility)。可以来回移动的游离水越少，游离水就越难形成冰晶 和/或促进产品粘结。作为替代，麦芽糊精或其他增体剂帮助限制游离水，使得冰晶形成更 困难。再结晶是冷冻储存过程中冰晶在数量、大小和形状上发生改变的过程，尽管在这 一过程中，温度恒定，冰的量也保持恒定。再结晶基本上涉及小晶体的消失、大晶体的生长， 和晶体融合在一起。在会引起再冻结的更高储存温度(热休克)会发生再结晶。在运输和储存颗粒 形状的过程中，包括在国界处必需的检查过程中，例如，如图2A-C所示，会发生这样的热休 克。再结晶是不期望的，因为它在加温过程中能引起较小晶体的消失，并在之后冷冻过程中 引起较大晶体的生长。较小晶体更容易融化。因此，如果产品形成时有较小的冰晶，优选使 它们更能承受装运和储存过程中的温度变化。这样做的一个方法是在装运过程中小心管理产品，如图2A-C所示。在装运和储存过程中保持小的晶体尺度并维持产品的另一个方法是在配制物中 包括冷冻保护剂，其包括但不限于冰结构蛋白质和单硬脂酸丙二醇酯。这些材料以约0. 1-5 重量％包括在配制物中，包括0. 至1%，0. 2% -0.6%，和0.2% -0.4%。因此，尽管可认为凝固点最高的配制物储存温度最高，但是这不是必要的条件。这 是因为有很多因素影响储存稳定性，如玻璃化，是否存在透明消失，储存温度时存在的游离 水的量，和/或任何给定配制物的开始融化的温度。在这个部分已经如上讨论了配制物的几种不同性质。根据优选实施方案的配制物 优选具有上述讨论的至少一种优选性质。不要求任何或所有配制物具有所有优选的性质。 产品的优选性质可以依赖于任何数目的变量而变化，所述变量包括但不限于对于给定产品 的装运条件，储存条件，生产和消费之间的平均时间，销售的国家等等。技术人员可以平衡 配制物的多种物理性质和特性，以及非常重要的味道性质，以产生他觉得最能满足由于产 生、储存、处理和使用而加之于产品的限制和需要的配制物。这样的配制物可以将一些性质 最大化和/或将另一些性质最小化作为权衡取舍(trade-offs)的部分，所述权衡取舍是配 制产品的技术中常见的部分。
可以使用多种包装选择使珠状产品在形成后保持处于最佳条件。在更高的冷冻装 置温度(比如0° F)，湿分(moisture)被吸引至产品，在约7天后在产品上形成不期望的 冰晶，这依赖于多种条件。因此，期望使用防止湿气迁移至颗粒形状的材料包装产品。一些 塑料会使湿分渗透入包装，所以期望避免使用这些塑料。可替代的，阻气或防潮塑料可以用 于包装颗粒形状。同样，也可以单独与塑料和/或纸层组合使用铝箔。其他材料也包含在 本公开的精神和范围内。
实施例实施例1-配制物A根据下述组分表制备基于乳制品的冷冻配制物
按重量计％ 重量(kg) 奶油(35%脂肪) 28 5Οθ
水47Γ2Ol
脱脂乳粉O025
蔗糖ΓθθΓθ9
麦芽糊精DElO 3ΓθΟθ
~i1002Γ99对于此配制物，水和固体的百分比如下
将干组分合并，并单独合并液体组分。然后将合并的干组分与合并的液体组分混 合在一起，直至完全混合，然后通过浸入液氮至少约15秒钟而冷冻。配制物包含5. 2%乳糖 (源自奶油和脱脂乳粉组分)。这个配制物的总二糖含量为约8.2重量％，其代表配制物中 总的非脂肪固体的33重量％。实施例2-配制物B根据下述组分表制备基于乳制品的冷冻配制物 对于这种配制物，水和固体的百分比如下 将干组分合并，并单独合并液体组分。然后将合并的干组分和合并的液体组分混 合在一起，直至完全混合，然后通过浸入液氮至少约15秒钟而冷冻。配制物包含3. 2%乳糖 (源自奶油和脱脂乳粉组分)。这个配制物的总二糖含量为约10. 2重量％，其代表配制物 中总的非脂肪固体的40重量％。
实施例3-配制物C根据下述组分表制备基于乳制品的冷冻配制物 对于这种配制物，水和固体的百分比如下 将干组分合并，并单独合并液体组分。然后将合并的干组分和合并的液体组分混 合在一起，直至完全混合，然后通过浸入液氮至少约15秒钟而冷冻。配制物包含10. 4%乳 糖(源自奶油和脱脂乳粉组分)。这个配制物的总二糖含量为约13. 2重量％，其代表配制 物中总的非脂肪固体的60重量％。这个配制物，当以颗粒形式如D部分(即，优选的制造 设备与方法)中所述制成时，在0° F在自除霜冷冻装置中储存6-12个月或更长时可保持 自由流动。实施例4-配制物D根据下述组分表制备基于乳制品的冷冻配制物
按重量计％~~重量(kg) 乳(3. 5% 脂肪)49ΓθΓ47
奶油(35%脂肪)22 0066 对于这种配制物，水和固体的百分比如下 将干组分合并，并单独合并液体组分。然后将合并的干组分和合并的液体组分混
合在一起，直至完全混合，然后通过浸入液氮至少约15秒钟而冷冻。配制物包含5. 6%乳糖
(源自奶油和脱脂乳粉组分)。这个配制物的总二糖含量为约21. 6重量％，其代表配制物
中总的非脂肪固体的重量80%。这个配制物，当以颗粒形式如D部分(S卩，优选的制造设备
与方法)中所述制成时，在0° F在自除霜冷冻装置中储存约4-6小时时开始粘结。实施例5-配制物E根据下述组分表制备基于乳制品的冷冻配制物 对于这种配制物，水和固体的百分比如下 将干组分合并，并单独合并液体组分。然后将合并的干组分和合并的液体组分混 合在一起，直至完全混合，然后通过浸入液氮至少约15秒钟而冷冻。配制物包含9. 2%乳糖 (源自奶油和脱脂乳粉组分)。这个配制物的总二糖含量为约12重量％，其代表配制物中 总的非脂肪固体的46重量％。实施例6-使用热量测定术(calorimetry)测试配制物使用热量测定术测试上述配制物A、B、C和D。测试结果示于图6、7和8，并且某些 数据总结于下面的表1中。用经过调整的温差扫描热量计(DSC，Q1000 TA instrument,New Castle, DE)测量凝固点、玻璃化温度和开始融化的温度。使用蓝宝石(sapphire)、镓(mp 29. 80C )和铟(mp = 156. 60C )校正设备。使用氮气(150ml/min)作为吹扫气体(purge gas) ο 使用密封的(hermetically sealed) Alod-al 盘(ΤΑ Instrument)，而样品(冰淇淋 混合物)的大小为约15mg。温度规程如下。将样品置于热量计中，并在5°C平衡。然后以5°C/min的倾斜使 温度降至_25°C，然后以10°C /min的倾斜升至-10°C，此时保持该温度约10分钟。然后将 温度以10°C /min的倾斜降至_90°C，然后以5°C /min加热至_35°C _30°C (依赖于样品 组成)并保持30分钟以退火。然后将温度以10°C/min降至-90°C，并保持10分钟。然后 以1°C/min的倾斜升至5°C，其间进行测量。进行重复实验并对结果取平均值。退火温度 因样品而变化，并可通过预实验测定，在预实验中确定大约的融化开始温度，并用作退火温 度。由通过热量计产生的融化曲线计算中点玻璃化温度、开始融化的温度和凝固点。 使用TA通用分析软件，由DSC凝固曲线计算凝固点。将在加热已退火样品过程中吸热曲线 最小值作为凝固点。通过在玻璃化前和玻璃化后建立DSC曲线基线的切线，确定玻璃化温 度。这些切线与拐点切线的交叉点得到外推的开始、中点和终点温度。通过在检测到曲线 斜率发生急剧变化(通常在玻璃化后即可发现)之后画出DSC基线的切线来确定开始融化 温度。表 1 数据证明二糖量更低的配制物A和B的凝固点更高，并且在更高的温度开始融化， 这是表示储存能力和维持自由流动颗粒能力的两个指标。配制物C与配制物D相比，二糖 的百分比更低，凝固点更高，并且开始融化的温度更高。然而，已经发现，与配制物D相比， 配制物C显示甚至比单独由凝固点和开始融化温度所预计的更高的储存稳定性。假定这种 “优于预测”的行为可归因于配制物C在0° F(-18°C )具有比配制物D低得多的液体形式 水的百分比。通过比较每种配制物从融化开始高至0° F(-18°C)的曲线下面的面积，可以 支持这一结果，因为曲线下面的面积表示有多少能量已经进入融化的冰中，并且因此与已 经融化形成液体水的冰量成正比。使用与此相同的技术，人们还能预期配制物B在0° F存 在的液体水比配制物C更少，并且在测试的配制物中，配制物A具有的液体水量最低，并且 这些配制物在更长的时间和/或更高的温度表现出甚至更高的稳定性并保持自由流动。然而，必须记住，虽然储存稳定性是重要的性质，但是产品还应该有出众的口感， 才能在商业上成功。因此，必需或期望的是，牺牲一定的储存稳定性换取口感，以制备期望 的产品。应该注意的是，上述配制物在测试前并未均质化或巴氏杀菌。据信，均质化和/或 巴氏杀菌对于测试结果影响很小或没有影响。而且，可以向上述配制物包括配制物A、B、C 和E中加入人造甜味剂。如果加入人造甜味剂，优选以0. 01-0. 02重量％的量包括，包括总 配制物的0. 015重量％。优选的人造甜味剂包括三氯半乳蔗糖。P.优诜的制造设备与方法可以在任何合适的设备中并使用任何合适的方法，制造上述产品。因此，本部分所 述方法和设备仅为实例。在优选的实施方案中，在方法100中制造颗粒冰淇淋，如图1所示。 单独合并液体和固体组分(步骤104、108)，然后将干材料注入液体材料中(步骤112)。由 此点向前直至滴加步骤，优选连续搅拌配制物(步骤116)，当其处于巴氏杀菌器/均质器内 (步骤124)时除外。然后在熟化槽(ageing vat)中储存配制物(步骤128)。参考图2A，一个优选的配制物能产生可在-40° F保存多至两年时间的产品，尽管 在消费前的储存时间通常要短得多。对于另外的配制物，例如，优选在约-30° F或更低储 存产品用于长时间储存，而在约-20° F储存产品用于仓库分配。当在冷冻装置中在0° F 储存至少10天，至少20天，至少30天，至少40天，或更长时，本文讨论的由某些优选配制 物制备的产品可保持自由流动，如上文所定义。在冷冻装置中在0° F储存包括在自动除霜 冷冻装置中在0° F储存，其中包含除霜循环，该循环中包括温度定期升至约5° F用于除 霜，例如每24小时约三次。对于这样的实施方案，当遵从图2A中所示各种储存机制的温度 阈值时，可以增强产品的性能。这些阈值以上的温度能导致热休克，透明消失，和可能引起 颗粒形状具有更高的粘性并导致自由流动性质部分或全部丢失的其他不期望的影响。
图2B和2C解决了产品跨国界运输从而需要检查的问题。图2B说明了产品在冷 冻运送车(refrigerated delivery truck)中到达边界检查站的状况。因为避免使多种产 品经历热休克是有益的，小心的防范措施是合适的。一种这样的防范措施包括如图2C中所 示的小站(way-station)，将产品超冷冻(super-freeze)，使其能承受最少量的热休克(这 是检查过程中不可避免的部分)，并且还不会进入玻璃化状态(glass transition phase) 0 在图2C中显示了特定的小站，其可以或者可以不与仓库/分配地点分开。在图2C中，仓库 /分配地点和小站显示为位于与海关/边界检查员尽可能近的地方，使得在仓库/分配小站 内的储存过程中有益的超冷冻作用能辅助克服与检查过程有关的热休克。尽管未在图2A-2C中显示，另一种更耐热休克的建筑方式是将多种产品在产生地 直接置于它们的零售容器中。这具有对热休克抵抗力增加的优势，因为零售容器能提供绝 热效果。或者，可将产品包装在更大的装运容器中，然后在与销售产品的零售环境相同的国 家中的地点装入它们的零售容器。如本文所述，为了这个目的，阻气或防潮塑料是合适的。如图3所示，混合设备304将初始产品加入均质器308，其可用于充当巴氏杀菌器 310的“计时泵”，其调节流过巴氏杀菌器的产物的速度。在一些实施方案中，由政府健康检 查员将均质器308密封，并且检查员不在场时不能改变。均质器308和巴氏杀菌器310在高温短时过程中作为一个单元一起工作。如图1 和3所示，优选恰在巴氏杀菌(步骤124)点之上搅拌混合物(步骤116)，然后在熟化槽312 和/或其他储罐中缓慢搅拌，直到运至低温处理器410。可选地提供调味槽320，以在将产 品运往低温处理器410之前向其中加入一种或多种调味品(flavor)。为在美国生产或销售的另一个考虑因素是USDA巴氏杀菌乳法令(Pasteurized Milk Ordinances)规定了特定的巴氏杀菌温度。为此，如图3所示，附接于巴氏杀菌器310 的保持管(holding tube)310t的长度确定产品将在特定温度保持多久。不同的温度要 求不同的保留时间长度，并且可以因工厂而异，但是在优选实施方案中实现最小温度和保 持时间。对于10%乳脂的冰淇淋，在一个实施方案中，最小温度和时间为166° F持续15 秒。在一个实施方案中，8%脂肪产品仅需要在161° F巴氏杀菌15秒钟。根据一个实施 方案，对于低于161° F的温度，最小值为145° F 30分钟。需要的温度和时间因管辖区域 (jurisdiction)而异。图4显示根据优选实施方案构建的低温处理器410的横截面视图，所述方案可以 产生自由流动的颗粒形状56。低温处理器410包括冷冻室12，其优选为锥形罐(conical tank)的形式，所述锥形罐可以在其中保留液体制冷剂。在一个实施方案中，冷冻室12是由 腿22支撑的自立单元。向冷冻室12供应制冷剂24，优选为液氮或其他低温流体。进料盘48从泵316接 受液体配制物。冷冻产品采取颗粒形状56的形式，所述形状可以在液体配制物66的液滴 58接触制冷剂蒸汽，然后接触冷冻室12中的液体制冷剂24时形成。在形成颗粒形状56 后，它们落入室12的底部。运输系统在出口 32将室12的底部连接于螺丝钻(auger)或将 颗粒形状56携带至过程的下一部分，所述部分可以是为大量贮存(bulk storage)而进行 的包装或者如为分配和/销售而进行包装。在到达出口 32后，颗粒形状56是自由流动的 并且不粘结在一起。恰在滴入处理器410之前，可将配制物66的温度保持在宽范围的温度下(图3、4)。优选低温，优选约+40° F或更低，以促进快速冷冻。在滴加之前，配制物66的温度优 选不降至约28° F以下，使其不会变得太过固态而难于良好地流动。更高的温度也将影响 用于冷冻产品的制冷剂的量。配制物66较低温的混合物使用的制冷剂24比更高温的混合 物少，但是最终产品的颗粒形状56基本不受影响。在美国，由于多个巴氏杀菌乳法令对最 低温度储存的要求，配制物通常在约+40° F保存。这些温度经常由USDA检查员记录并监 控。如上文简单描述的，图9表示掺入本文所述颗粒形状的产品的服务部分901的实 例。如图所示，显示装有颗粒形状的碟(bowl)或其他类似容器。一名普通技术人员将容易 确认可使用除碗之外的其他容器而不背离本文公开内容的范围。不同于图9中通常的球形 颗粒形状，图10说明当前期望的其他颗粒形状。除了球形1001，其他颗粒形状包括更小 的 球状体1003、1005、块样形状1007，以及椭圆或长方形颗粒形状1009。因此，当图10的颗粒 形状1001-1009用作产品时，服务(serving)可以类似图11的产品1101。此外，一名普通 技术人员将容易确认可使用除图11的碗以外的其他容器而不背离本公开的范围。已具体参考优选的实施方案详细描述了多个方面，但是应理解的是，能在如本文 所述的公开发明的精神和范围内进行改变和修正。可以预期的是，可在系统和配制物的布 局与操作中做出多种改变而不背离其精神和范围。
权利要求
一种冷冻食物产品，其包含水和总固体，其中所述产品包含6-14重量％乳脂；4-24重量％非脂乳固体；2.6-8重量％糖；和0-0.4重量％甜味剂；并且其中所述产品为颗粒形状的形式，其在冷冻装置中在0°F储存至少20天时可保持自由流动。
2.权利要求1的冷冻食物产品，其中所述产品包含8-12重量％乳脂；13-24重量％非脂乳固体；和2.6-5重量％糖。
3.权利要求1的冷冻食物产品，其中所述产品包含8.4%乳脂，18. 2%非脂乳固体，3% 蔗糖，和0. 02%甜味剂。
4.权利要求1的冷冻食物产品，其中所述产品包含至少约29重量％的总固体和小于约 71重量％的水。
5.权利要求1的冷冻食物产品，其中所述甜味剂包含三氯半乳蔗糖。
6.权利要求1的冷冻食物产品，其中所述产品保持自由流动至少30天。
7.权利要求1的冷冻食物产品，其进一步包含0.1-1重量％的冷冻保护剂。
8.权利要求1的冷冻食物产品，其进一步包含一种或多种天然和/或人工香料。
9.权利要求1的冷冻食物产品，其进一步包含1-4%组合的稳定剂/乳化剂。
10.权利要求1的冷冻食物产品，其中所述非脂乳固体包含蛋黄。
11.权利要求1的冷冻食物产品，其中所述甜味剂进一步包含玉米糖浆固体和可可粉。
12.权利要求1的冷冻食物产品，其中配制物的玻璃化温度为至少-53°F。
13.—种冷冻食物产品，其包含 水和总固体，其中所述总固体包含 6-14重量％乳脂；4-24重量％非脂乳固体； 2. 6-5重量％糖；0-0.4重量％甜味剂；和1-20重量％增体剂；并且其中所述配制物为颗粒形状形式，其在冷冻装置中在0° F储存至少20天时可保 持自由流动。
14.权利要求13的冷冻食物产品，其中所述产品包含至少约29重量％的总固体和少于 约71重量％的水。
15.权利要求13的冷冻食物产品，其中所述甜味剂包含三氯半乳蔗糖。
16.权利要求13的冷冻食物产品，其中所述产品保持自由流动至少30天。
17.权利要求13的冷冻食物产品，其进一步包含0.1-1重量％的冷冻保护剂。
18.权利要求13的冷冻食物产品，其进一步包含一种或多种天然和/或人工香料。
19.权利要求13的冷冻食物产品，其中所述非脂乳固体包含改性的乳清产品和干乳清固体。
20.权利要求13的冷冻食物产品，其中所述非脂乳固体包含蛋黄。
21.权利要求13的冷冻食物产品，其中所述甜味剂进一步包含玉米糖浆固体和可可粉。
22.权利要求13的冷冻食物产品，其中所述增体剂包含麦芽糊精。
23.权利要求13的冷冻食物产品，其中配制物的玻璃化温度为至少-45°F，而透明消 失温度为-44° F。
24.一种制造冷冻食物产品的方法，其包括 制备根据权利要求1至13的配制物，其包括 合并液体组分；合并干粉；和将所述合并的干粉与所述合并的液体混合以制备配制物；搅拌所述配制物；将所述配制物巴氏杀菌；使所述配制物均质化；使所述配制物熟化；和将所述配制物滴入低温处理器以形成颗粒冷冻食物产品，其中所述颗粒冷冻食物产品 包括球形和非球形颗粒。
25.权利要求24的方法，其中所述均质化步骤与巴氏杀菌步骤同步进行。
26.—种冷冻产品的零售方法，其包括 通过合并至少下述物质制造颗粒冷冻产品 6-20重量％乳脂；4-16重量％非脂乳固体；0-19重量％麦芽糊精和/或其他增体剂；2. 6-8重量％糖；0-0. 4重量％甜味剂；和0-4重量％组合的稳定剂和乳化剂；和将所述颗粒冷冻产品装运至多个集结地点；在装运步骤中，保持所述颗粒冷冻产品在预先确定的温度范围；从而保持所述颗粒冷 冻产品的自由流动性质；将所述颗粒冷冻产品分段运输(staging)至策略储存地点；将所述颗粒冷冻产品跨国界运送；将所述颗粒冷冻产品装运至多个零售区域；和零售所述颗粒冷冻产品，其中所述颗粒冷冻食物产品包括球形颗粒和非球形颗粒。
27.权利要求14的方法，其进一步包括 使用阻气或防潮塑料包装所述颗粒冷冻产品。
28.—种冷冻食物产品，其包含 水和总固体，其中所述产品包含 2-10重量％糖；，0. 1-1.0重量％甜味剂；和0-2重量％稳定剂。
全文摘要
公开了颗粒冷冻食物产品，其在一般零售店或家庭冷冻环境中储存时表现出允许颗粒保持自由流动的性质。优选的实施方案包括乳制品。
文档编号A23L3/36GK101888784SQ200780051128
公开日2010年11月17日 申请日期2007年8月3日 优先权日2006年12月11日
发明者斯坦·琼斯 申请人:迪平多茨公司;迪平多茨环球有限公司