способ приготовления пищевых эмульсий

Формула изобретения

Способ ультразвукового приготовления пищевых эмульсий, характеризующийся тем, что фазу эмульсии вводят из тонкого слоя на поверхности, с которой излучают в образующуюся эмульсию ультразвук в направлении, проекция вектора силы тяжести, на которое имеет тот же знак, что и разность плотностей среды и фазы эмульсии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам приготовления пищевых эмульсий, состоящих преимущественно из жидких жиров и воды, с использованием ультразвука. Получаемые этим способом эмульсии могут также содержать способствующие их стабилизации компоненты в виде мелкодисперсных твердых частиц и/или жидкостей, имеющих двойственную растворимость. Используемая для приготовления эмульсии вода может содержать растворенные в ней вещества, а жировой компонент может быть сам растворен в каком-либо растворителе или также содержать растворенные вещества.

Преимущественная область применения изобретения - приготовление эмульсий на основе низкоплавких жиров, например, вкусоароматических эмульсий эфирных масел, либо хлебопекарных эмульсий воды в растительных жирах.

Изобретение может быть использовано для приготовления эмульсионных косметических и гигиенических средств.

Известен способ ультразвукового приготовления эмульсий, в соответствии с которым компоненты располагают перед смешиванием таким образом, чтобы толщина слоя каждого из них составляла половину длины волны ультразвука в нем, а плоскую ультразвуковую волну направляют перпендикулярно границе их раздела [С.А.Недужий, Акустический журнал, 7 (265), 1961]. То есть границу раздела компонентов эмульсии располагают в плоскости пучности колебательного смещения ультразвуковой волны. Достижению указанного ниже технического результата при использовании данного способа препятствует то обстоятельство, что соотношение компонентов в эмульсии, полученной таким способом, будет зависеть от скорости звука в них. Поэтому таким способом невозможно получить эмульсию с произвольным соотношением компонентов.

Известен способ ультразвукового эмульгирования растительного масла в воде [RU 2151783, 2000], где в состав компонентов эмульсии перед началом эмульгирования добавляют твердую фазу, в качестве которой используют хлебопекарную муку. В процессе эмульгирования мука становится основой разделительного слоя на границе водной среды и диспергируемой жировой фазы, стабилизируя эмульсию. Недостаток способа состоит в том, что для стабилизации эмульсии в ней используется только хлебопекарная мука, не всегда сочетающаяся с продуктом, косметическим или гигиеническим средством, в составе которого либо в качестве которого эмульсия в принципе может быть использована. Это ограничивает область применения приготовленных таким способом эмульсий и препятствует достижению указанного ниже технического результата.

Известны способы приготовления пищевых эмульсий, при которых компоненты механически смешивают и подвергают полученную смесь ультразвуковому диспергированию путем рециркуляции относительно источника ультразвука при произвольно заданной температуре процесса [RU 2055479, 1996] или с интенсивностью ультразвука, зависящей от скорости звука в эмульсии, ее плотности и гиростатического давления в ней [RU 2304460, 2007]. Общим недостатком, препятствующим получению сформулированного ниже технического результата этими способами, является то, что навсегда удается механически смешать компоненты так, чтобы получить заданный тип эмульсии даже при последующем ее ультразвуковом диспергировании. Известно, что при механическом смешивании компонентов, особенно когда их объемы приблизительно одинаковы, эмульсия получается в виде смеси эмульсий прямого и обратного типов. В любом случае она является множественной, то есть, содержащей в качестве фазы эмульсию же противоположного типа, что приводит к структурной неустойчивости всей такой полидисперсной системы [С.Д.Шестаков, Хранение и переработка сельхозсырья, 3, 2003], которая становится частично подверженной инверсии. Для предотвращения этого используют предварительную обработку воды ультразвуковой кавитацией [RU 2183986, 2000, RU 2279918, 2004], что является усложнением процесса и выходит за рамки предмета настоящего изобретения.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ приготовления эмульсии посредством введения эмульсионной фазы в среду эмульсии из тонкого слоя, образуемого на поверхности, с которой в эмульсию излучается ультразвук [RU 2172207, 2001]. Этот способ принят за прототип.

Недостатком этого принятого за прототип способа приготовления эмульсий, не позволяющим достигнуть технического результата изобретения, является следующее обстоятельство. Как следует из описания прототипа, он предназначен преимущественно для приготовления эмульсий обратного типа - олеофильных. При этом среда эмульсии (жир) находится перед началом процесса эмульгирования поверх излучателя ультразвука, а распространение ультразвуковой волны направлено против силы тяжести. Поэтому фаза эмульсии (вода) растекается по излучающей ультразвук поверхности, на которую подается по каналам в акустическом трансформаторе, в виде тонкого слоя, так как имеет более высокую плотность, чем жир. Если же этим способом попытаться приготовить эмульсию прямого типа, не меняя при этом ориентацию излучателя относительно гравитации, то подаваемая фаза (в этом случае - жир) будет всплывать, практически не образуя тонкого слоя на поверхности излучателя, поскольку все жидкие пищевые жиры имеют меньшую, чем у воды плотность. В этом случае прототип фактически выродится в описанный выше аналог с присущими ему недостатками.

Техническим результатом изобретения является создание способа универсального в отношении типа приготавливаемых им пищевых эмульсий с любым соотношением компонентов без снижения их дисперсности и гомогенности.

Сущность изобретения состоит в следующем. В соответствии с законом Стокса скорость всплытия частиц жира в эмульсии прямого типа или оседания частиц воды в обратной эмульсии под воздействием гравитации пропорциональна квадрату линейного размера этих частиц. Обобщенной характеристикой размера частиц фазы эмульсии является ее дисперсность, которая измеряется отношением суммарной поверхности частиц к их суммарному объему. Перемещения частиц фазы под действием гравитации ведут к увеличению ее концентрации в верхней или нижней части объема в зависимости от типа эмульсии, что в свою очередь приводит к коалесценции фазы и расслоению эмульсии. Дисперсность и гомогенность эмульсии, как показано выше, в том числе зависят от способа ввода фазы в среду при эмульгировании. Оптимальным в отношении получения высокой дисперсности при ультразвуковом способе приготовления олеофильных эмульсий является способ ввода фазы из тонкого слоя на излучающей поверхности. Чтобы это обеспечить при получении эмульсии любого типа следует учесть разность плотности компонентов и правильно расположить источник ультразвука относительно направления силы тяжести.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что при ультразвуковом приготовлении пищевых эмульсий фазу эмульсии вводят из тонкого слоя на поверхности, с которой излучают в образующуюся эмульсию ультразвук в направлении, проекция вектора силы тяжести на которое имеет тот же знак, что и разность плотностей среды и фазы эмульсии.

Предложенный способ экспериментально сравнивали с прототипом при получении эмульсии прямого типа из одной части 20%-ного спиртового раствора укропного эфирного масла и четырех частей питьевой воды по объему. В качестве источника ультразвука использовали ультразвуковой процессор типа UIP250 фирмы Hielscher systems GmbH (Германия) с коэффициентом трансформации амплитуды колебаний, равным единице. При реализации прототипа акустический трансформатор вводили в емкость с водой снизу, как это указано в его описании. Разность плотностей среды (воды) и фазы эмульсии (эфирного масла) положительна, а направление распространения ультразвука в этом случае противоположно вектору силы тяжести, то есть длина проекции на него этого вектора является отрицательной величиной. Поэтому при реализации заявленного способа ультразвук излучали в емкость сверху в соответствии с отличительным признаком изобретения. Раствор укропного масла принудительно подавали на излучающую ультразвук поверхность через капилляр со скоростью около четверти миллилитров в секунду. Эмульсии перемешивались естественным образом за счет порождаемых ультразвуком акустических течений.

Для сравнения содержания фазы в образцах эмульсий, характеризующего эффективность ее введения в среду под действием ультразвука и без механического смешивания, в пробах, взятых из образцов сразу же после их приготовления с помощью анализатора влажности МХ-50 A&D Company Ltd (Япония), было измерено содержание жирового компонента по массе. Сравнение стойкости эмульсий производилось фотометрическим методом. Для этого у проб каждого из образцов, взятых из верхней и нижней части объема мерной емкости после суточного отстаивания с помощью спектрофотометра СФ-46, были измерены коэффициенты пропускания в красной области спектра и вычислено их отношение.

Полученные средние по пяти замерам результаты приведены в таблице.

ПАРАМЕТР	СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
	прототип	заявленный
Объемное содержание эфирного масла, %	3,86±0,19	4,32±0,10
Отношение оптических коэффициентов пропускания, отн.ед.	0,94±0,01	0,96±0,01

Из таблицы видно, что в процессе приготовления эмульсии заявленным способом за одно и то же время эмульгируется большее количество жирового компонента, нежели при использовании прототипа, а стойкость этой эмульсии к изменению под воздействием гравитации распределения фазы по объему не отличается в худшую сторону. Это говорит о том, что технический результат изобретения достигнут в части обеспечения требуемой гомогенности и дисперсности получаемых эмульсий. Ясно, что при приготовлении эмульсий обратного типа в соответствии с признаками прототипа и заявленного изобретения расположение излучателя ультразвука должно быть одинаковым в обоих случаях, что предполагает и получение одинаковых результатов. Следовательно, технический результат достигается и в части универсальности заявленного способа по отношению к типу приготавливаемых эмульсий.

Таким образом, сравнение заявленного способа с прототипом, являющимся наиболее близким аналогом из технических решений, характеризующих известный заявителю уровень техники в области предмета изобретения, показывает, что отличительный признак заявленного способа является существенным по отношению к указанному техническому результату. Заявителем не выявлено каких-либо известных решений, касающихся установления требований к направлению излучения ультразвука при приготовлении пищевых эмульсий в зависимости от их типа.

Для приготовления в промышленном масштабе заявленным способом, например, 5%-ной вкусоароматической эмульсии эфирного масла или смеси эфирных масел может быть использован индустриальный ультразвуковой процессор UIP 2000 фирмы Hielscher systems GmbH. Излучение ультразвука и подача фазы на излучающую поверхность может осуществляться посредством акустического трансформатора, например по [RU 2183141, 2000], снабженного каналами аналогично [RU 2183986, 2000]. При этом в соответствии с отличительным признаком изобретения излучающая поверхность трансформатора должна погружаться в среду эмульсии (воду) сверху. При обеспечении параметров эмульсии, которые были получены при экспериментальном сравнении изобретения с его прототипом, описанный аппарат позволит получать до 200 литров эмульсии в час.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о возможности осуществления изобретения с помощью описанных и известных средств и методов и достижения при этом указанного выше технического результата.