生产低水活度填充物的方法和系统的制作方法

生产低水活度填充物的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于生产低水活度填充物(例如，奶油类填充物)的方法和系统。所述填充物可有利地与旋转式夹心机一起使用，而不需要在生产线中的刮板表面式热交换器的下游设置冷却通道。本发明产生的填充物包含脂肪组分和糖源，并且填充物中的脂肪具有所需的结晶度。本发明所述的方法和系统出乎意料地获得了所需的成核速率、结晶速率和晶体结构，而且利用所述方法和系统产生的填充物的坚实度增加。
【专利说明】
生产低水活度填充物的方法和系统
技术领域
[0001] 本发明整体涉及制造低水活度填充物，更具体地讲，涉及生产包含脂肪组分和糖 的低水活度填充物的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 用于夹心曲奇饼（如OREO?曲奇饼）的低水活度和质感光滑的填充物(例如奶油 型填充物)通常使用生产线上的大型制造设备生产。通常在接近生产线的末端，含油和糖的 衆料经过一个刮板表面式热交换器(scraped-surface heat exchanger)之后被分配到曲 奇饼基蛋糕上，并通过冷却通道以增加填充物的坚实度。
[0003] 刮板表面式热交换器直接输出的填充物往往太软，不能用于旋转式夹心机。针对 这一挑战，本领域已经提出了多种解决方案。然而，所提出的解决方案通常会导致生产减缓 和/或成本增加。
[0004] 例如，可以额外加糖以增加填充物的结晶度，从而使填充物在被分配到曲奇饼基 蛋糕上之前具有更坚实的质地。这种加糖通常是不可取的，因为这样做会增加生产时间并 且增加成分的成本。
[0005] 解决这个问题的另一种尝试是，在把填充物分配到曲奇饼基蛋糕上之后，使其通 过一个温度35°F至40°F的冷却通道达数分钟（例如，4至5分钟）。冷却通道提高了结晶速率， 从而使填充物的质地更坚实。变冷且更坚实的填充物更适合处理和/或加工(例如，通过旋 转式夹心机处理和/或加工）。然而，在生产线中加入冷却通道增加了生产时间、能源使用及 整体制造成本。
[0006] 因此，期望能在生产线上不使用冷却通道并且避免需要在生产运行中额外加糖来 调整填充物的坚实度。

【发明内容】

[0007] 本发明提供了一种低水活度填充物的生产方法。本文所述的填充物适于在夹心曲 奇饼的生产中用于旋转式夹心机。本文所述的方法特别适于包含大比率糖和脂肪组分的填 充物。
[0008] 在一个方案中，该方法包括提供一种脂肪组分;将脂肪组分加热至该脂肪组分的 熔点以上；向脂肪组分中加入糖源并持续混合脂肪组分和糖源，同时使温度保持在脂肪组 分的熔点以上，以形成浆料;把温度高于脂肪组分的熔点的浆料引入刮板表面式热交换器； 在刮板表面式热交换器内以约7°F/分钟至72°F/分钟的冷却速率冷却浆料;并在可有效提 供所述填充物的温度下从热交换器分配浆料。在其他方面，可先将脂肪组分和糖混合在一 起，然后再把脂肪组分加热至高于其熔点的温度。
[0009] 在一种形式中，该方法包括将脂肪组分加热至高出其熔点至少10T的温度。在另 一种形式中，该方法包括将脂肪组分加热至高出其熔点至少20°F的温度。
[0010] 在一个方面，脂肪组分选自卡诺拉油(canola oil)、棕榈油、高油酸卡诺拉油、大 豆油、红花油、向日葵油、棕榈仁油、乳木果油、芒果核油、雾冰草油、婆罗双树油、可可脂、类 可可脂或它们的组合。在一个方面，糖源包括最多约5%颗粒大于150微米且最多约20%颗 粒大于75微米的糖粉。至少在一些方案中，糖粉可包括的颗粒尺寸使得在一个方面，糖粉的 具有从约40微米至约180微米的D 9Q，并且在另一方面，糖粉具有从约40微米到约80微米的 D90。在另一方面，糖粉可包括的颗粒尺寸使得在一个方面，糖粉具有从约3微米至约8微米的 D10，并且在另一方面，具有从约10微米至约40微米的D5Q，或者在又一方面，具有从约10微米 至约20微米的D 50。
[0011] 在一个方案中，该方法包括使浆料以介于500kg/小时至约1000kg/小时之间的通 过速率移动通过刮板表面式热交换器。在一个方面，该方法包括使浆料以介于500kg/小时 至约750kg/小时之间的通过速率移动通过刮板表面式热交换器。至少在一些方案中，该方 法包括使刮板表面式热交换器的转子以介于每分钟约80转至每分钟约120转之间的速度旋 转。
[0012] 浆料可通过该刮板表面式热交换器的环状空间，该空间位于刮板表面式热交换器 的转子外径和刮板表面式热交换器的冷却转移管内径之间。在一个方面，该方法可包括旋 转刮板表面式热交换器的转子，并且刮板表面式热交换器的冷却转移管内径与刮板表面式 热交换器的环状空间之比为约6比1。
[0013] 在刮板表面式热交换器中冷却浆料的步骤可包括使浆料移动通过刮板表面式热 交换器，使得衆料在换热器中的停留时间为从约1分钟至约14分钟。在一个方面，在刮板表 面式热交换器中冷却浆料的步骤包括使浆料移动通过刮板表面式热交换器，使得浆料在换 热器中的停留时间为从约2分钟至约6分钟。
[0014] 在一个方面，以可有效提供所述填充物的温度从换热器分配所得填充物的步骤进 一步包括在约60°F至约90°F的温度下从热交换器分配所述填充物。在另一方面，以可有效 提供所述填充物的温度从换热器分配浆料的步骤进一步包括在约60°F至约80°F下从热交 换器分配浆料。在又一方面，以可有效提供所述填充物的温度从换热器分配浆料的步骤还 包括在约63°F至约67°F的温度下从热交换器分配浆料。
[0015] 在一个方面，以可有效提供所述填充物的温度从换热器分配浆料的步骤进一步包 括在低于脂肪组分的熔点约35°F至约50°F的温度下从热交换器分配浆料。
[0016] 本文所述的方法有利地在所述填充物的生产过程中提供所需的成核速率和结晶 速率。包括本文所述的填充物的成品可有利地在夹心曲奇饼生产装置下游不使用冷却通道 的情况下进行生产。
【附图说明】
[0017] 图1是示出根据本文所述一个示例性实施例生产示例性奶油填充物的工艺流程 图；
[0018] 图2是适用于图1所示工艺的示例性刮板表面式热交换器的横截面端视图；
[0019] 图3示出了在不同条件下图1的奶油填充物制造工艺试运行过程中得到的示例性 静力触探（cone penetrometry)数据；
[0020] 图4示出了在不同条件下图1的奶油填充物制造工艺试运行过程中得到的另外的 示例性静力触探数据；
[0021] 图5示出了在不同条件下图1的奶油填充物制造工艺试运行过程中得到的另外的 示例性静力触探数据；
[0022] 图6示出了具有示例性数据点的图，该图指出了刮板表面式热交换器的出口温度 和所得奶油填充物的相对结晶含量之间的关系；以及
[0023]图7示出了说明样本数据集的图，该数据集是在测定一批奶油填充物样本的相对 结晶含量过程中生成的。
【具体实施方式】
[0024]本申请整体涉及适于在生产夹心曲奇饼过程中用于旋转夹心机的低水活度填充 物的制造。本文所述的方法特别适于包含大比率糖和脂肪组分的填充物。如上所述，在现有 技术下，包含脂肪组分和糖的填充物的加工往往需要使用冷却通道以增加脂肪结晶的速 率，从而使从刮板表面式热交换器排出来的填充物具有更坚实的质地。本文所述的方法出 乎意料地获得了所需的脂肪晶体结构、结晶速率和成核速率，并且所得填充物的坚实度也 得以增加，这使其可用于旋转式夹心机而无需在生产线中在刮板表面式热交换器的下游增 加冷却通道。
[0025]在一个方面，本文所述的方法特别可用于包含约20%至约50%脂肪组分的填充 物，在另一方面，可用于包含约25%至约45%脂肪组分的填充物，在另一方面，可用于包含 约25%至约40%脂肪组分的填充物，并且在又一方面，可用于包含约30%至约40%脂肪组 分的填充物。在另一方面，通过本文所述方法生产的填充物包含约50%至约80%的糖，在另 一方面包含约55 %至约75 %的糖，在另一面包含约60 %至约75 %的糖，并且在又一方面包 含约60 %至约70 %的糖。
[0026] 可用于本文所述方法的示例性脂肪组分包括，例如，卡诺拉油、棕榈油、高油酸卡 诺拉油、大豆油、红花油、向日葵油、棕榈仁油、乳木果油、芒果核油、雾冰草油、婆罗双树油、 可可脂或可可脂级分或类可可脂，或它们的组合。在一个方面，可用于本文所述方法的脂肪 组分包含约40 %至约80 %液体油和约20 %至60 %在室温下(例如，70°F)呈固体的脂肪。
[0027] 可用于本文所述方法的示例性糖源包括，例如，蔗糖、葡萄糖、果糖和右旋糖。在一 个方面，糖源是糖粉的形式。在一个示例性方案中，糖粉可包括最多约5%的具有大于约150 微米的粒径的颗粒并且最多约20%的具有大于75微米的粒径的颗粒。至少在一些方案中， 糖粉可包括的颗粒尺寸使得在一个方面，糖粉具有从约40微米至约180微米的D 9Q，并且在另 一方面，糖粉具有从约40微米到约80微米的D9Q。在另一方面，糖粉可包括的颗粒尺寸使得在 一个方面，糖粉具有从约3微米至约8微米的D 1Q，并且在另一方面，具有从约10微米至约40微 米的D5Q，或者在另一方面，具有从约10微米至20微米的D 5Q。不希望受限于理论，上述糖的颗 粒尺寸使填充物具有平滑的口感，令消费者感到满意。值得注意的是，如果糖的颗粒尺寸太 细，那么制造奶油时可需要很多脂肪，以确保良好的加工并确保填充物具有所期望的感官 特性。另一方面，如果糖太粗，那么填充物材料可太粗糙，这是制造和消费过程中都不希望 看到的。
[0028] 如果需要，还可包含附加成分。例如，还可添加着色剂、乳化剂（如大豆卵磷脂）和 风味剂(例如，可可粉或其他风味成分）。
[0029] -般来说，可通过本文所述示例性方法获得的填充物具有低水活度，例如，在一个 方面低于约0.4,在另一方面低于约0.3,并且在另一方面低于约0.25。在一些方案中，填充 物可不加水或加入少量水作为一种单独成分(例如，在一个方面通常加入少于4%的水，在 另一方面加入低于2%的水，在另一方面不加水。
[0030] 出乎意料地发现，至少在一些方案中，如本文进一步所述，控制一个或多个加工条 件(包括刮板表面式热交换器上游脂肪组分的温度、刮板表面式热交换器内脂肪组分和糖 混合物的温度(更具体地，冷却速率）、剪切速率和刮板表面式热交换器出口的填充物温度） 有利于形成具有所需脂肪结晶度和坚实度的填充物，而无需使用冷却通道或额外加糖。
[0031] 图1是制造填充物的一个示例性工艺的流程图。在一个方面，储存罐10存储脂肪组 分。脂肪组分可为液态，并从油料罐输送入储存罐10。当脂肪组分储存在储存罐10中时，可 将任选的次要成分添加到脂肪组分中。这样的次要成分可包括，例如，风味剂(例如香兰素、 可可粉）、色素和乳化剂如卵磷脂(如大豆卵磷脂)等等。应当理解，作为另外一种选择或除 此之外，可将上述任选的次要成分和/或其他次要成分添加到溶液罐30或连续混炼机40内 的脂肪组分中，下文将更详细地描述。
[0032] 在图1所示的方案中，脂肪组分从储存罐10流出，经由管道15(例如，管或管子)通 过热交换器20,从而使脂肪组分的温度保持在或者保持高于或者提高到优选地高于该脂肪 组分的熔点的温度。如本文所用，短语"高于熔点"、"超过熔点"或类似用法表示脂肪组分的 温度保持在或提高到该脂肪组分的熔点温度以上至少约10T，在另一方面保持在或提高到 熔点温度以上至少约15°F，在另一方面保持在或提高到熔点温度以上至少约20°F，并且在 另一方面保持在或提高到熔点温度以上至少约25°F。因为脂肪可包含脂肪酸的混合物(例 如，饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸或具有不同链长的脂肪酸），并可包含熔点各不相同的一种 或多种类型的晶体(例如，α、β'和β晶体），所以本文所用的术语"恪点"是指该脂肪组分内任 一成分的最高熔点。通过将脂肪组分保持在或加热至超过本文所述熔点的温度，该脂肪组 分中的脂肪晶体被熔化并且晶体记忆被擦除。应当理解，热交换器20是一个任选的部件，并 且可通过热交换器20的替代装置来加热含油或脂肪的材料。
[0033] 例如，当脂肪组分包含棕榈油级分并具有约115°F的熔点时，该脂肪组分的温度保 持在或提高到至少约140°F，在另一方面保持在或提高到至少约130°F，在另一方面保持在 或提高到介于约120°F和约130°F之间的温度，而在又一方面保持在或提高到介于约125°F 至约130 °F之间。
[0034]在图1所示的一个方面，脂肪组分移动通过热交换器20并流经管道25进入溶液罐 30。虽然在图示的方法中溶液罐30储存脂肪组分，但应当理解，可取消溶液罐30,以使得随 着脂肪组分通过热交换器20时被加热，加热后的脂肪组分直接流入连续混炼机40,在下文 中有详细描述。当使用溶液罐30时，可将任选的次要成分(例如，香兰素、色素、可可粉、卵磷 脂等等)添加到加热后的脂肪组分中。在一个方面，如上所述，当加热后的脂肪组分储存在 溶液罐30内时，加热后的脂肪组分的温度保持在该脂肪组分的熔点以上。
[0035]再次参见图1，脂肪组分(保持在其熔点以上的温度)流经管道35进入连续混炼机 40。在一个方面，连续混炼机40是Codos?连续混炼机，但也可使用其他常规混炼设备，包括 其他的连续混炼机。
[0036]在所示的方案中，将糖源添加到连续混炼机40内的加热后的脂肪组分中，并且将 糖源和脂肪组分在连续混炼机40中混合形成浆料。如果需要，可将任选的次要成分(例如， 香兰素、色素、可可粉、卵磷脂等等)加入到连续混炼机40内。在一个方面，当加热后的脂肪 组分与糖源在连续混炼机40中混合时，浆料的温度保持在该脂肪组分的熔点以上。在一个 方案中，将浆料的温度保持在或提高到该脂肪组分的熔点以上至少约10T，在另一方面保 持在或提高到该脂肪组分的熔点以上至少约15°F，在另一方面保持在或提高到该脂肪组分 的熔点以上至少约20°F，在又一方面保持在或提高到该脂肪组分的熔点以上至少约25°F。
[0037] 将脂肪组分（以及含有该脂肪组分和糖源的浆料)保持在和/或加热到高过该脂肪 组分的熔点的温度，有利地使浆料流动性更好，并有利地减少和/或防止浆料流经的管道 和/或其他部件堵塞。不希望受限于理论，脂肪组分中脂肪晶体的融化不仅有利地消除脂肪 的晶体记忆，而且还降低脂肪组分和浆料的粘度，并使脂肪组分和浆料更易流过系统的管 道和/或其他部件。相反地，如果没有如上所述把脂肪组分加热至其熔点以上，添加糖源(其 例如可在室温下或低于室温)可使浆料堵塞系统。
[0038] 在另一方面，如图1所示，当浆料仍然保持在高于脂肪的熔点的温度时，浆料从连 续混炼机40经由管道45流入填充物或奶油贮罐50。在另一方面，当浆料储存在填充物或奶 油储存罐50内时，将填充物的温度保持在或加热至高出该脂肪组分的熔点的温度，如上所 述。
[0039]在图1所示的方案中，浆料从奶油储存罐50经由管道55流入刮板表面式热交换器 60。在一个方面，浆料在高出该脂肪组分的熔点的温度下进入刮板表面式热交换器60,例 如，在一个方面，在至少130 °F的温度下，或者在另一方面，在至少140 °F的温度下。一个适用 于本发明方法/系统的示例性刮板表面式热交换器是由沃喀莎公司（WaukeshaCherry-Burrel 1)制造的V〇iat〇rK刮板表面式热交换器，但也可使用其他刮板表面式热交换器。
[0040] 在一个方案中，恰好在浆料进入刮板表面式热交换器60之前，向浆料中引入空气。 不希望受限于理论，浆料的充气可用于调整填充物密度以及填充物坚实度。在一个方案中， 没有充气的浆料的比重是1.4至1.6,但充气之后降低至约1.0至约1.1，在另一方面降低至 约1.0至约1.08,并且在另一方面降低至约1.0至约1.05。参照图2,通常将进入刮板表面式 热交换器60的衆料栗入刮板表面式热交换器60的中心室61。中心室61位于轴62的外表面和 传冷/传热管63的内表面之间。对于本专利申请而言，轴62的外表面和传冷/传热管63的内 表面之间的间隔也被称为"环形空间"。与中心室61中充气浆料的流动反向流动的可为腔室 64,该腔室包围传热管63而被外管66包围，该腔室中包含冷乙二醇溶液。冷乙二醇溶液是腔 室64的优选冷却介质，但可使用任何其它合适的冷却介质（以及任选地，加热介质）。在一个 方面，隔热层68位于包含乙二醇溶液的管66的外部。不希望受限于理论，隔热层68限制热量 从大气传递到乙二醇溶液。如图2所示，覆盖层69覆盖着隔热层68,该覆盖层优选地用不锈 钢制成。
[0041] 在图2所示的形式中，刮刀67连接到轴62并且可移动地定位在中心室61中。不希望 受限于理论，刮刀67通过增加暴露于传冷管63的浆料的表面积而促进浆料的传热。例如，刮 刀67在预先设定的时间段内将浆料薄膜施加到管63的内表面，这个时间段就是本专利申请 中所述的"停留时间"。据信，在预定的停留时间内把浆料薄膜施加于管63的内表面上有助 于控制奶油填充物的成核和结晶。
[0042]如上所述，浆料进入刮板表面式热交换器60,优选地在超过该脂肪组分的熔点的 温度下进行。随着浆料移动穿过刮板表面式热交换器60的环形空间，浆料的温度按照预定 的速率下降，直到浆料从刮板表面式热交换器60的出口65排出，如图1所示。
[0043] 按一个方案，浆料进入刮板表面式热交换器60的温度比脂肪组分的熔点高出至少 约10°F，在另一方面，比脂肪组分的熔点高出至少约15°F，在另一方面，高出至少约20°F，并 且在另一方面，比脂肪组分的熔点高出至少约25°F，并且在一方面，在排出刮板表面式热交 换器60之前，冷却速度为约4°C/分钟至约40°C/分钟，在另一方面冷却速度为约4°C/分钟至 约30 °C /分钟，在另一方面，为约4 °C /分钟至约20 °C /分钟，在另一方面，为约4 °C /分钟至约 10°C/分钟，而在另一方面为约4°C/分钟约8°C/分钟，在一个方面，排出刮板表面式热交换 器60的温度为约60°F至约90°F，在另一方面，温度为约60°F至约80°F，在另一方面，为约60 °F至约70°F，而在另一方面，温度为约63°F至约67°F。至少在一些方案中，填充物在刮板表 面式热交换器的出口温度有利地比脂肪组分的熔点低约35°F至约50°F。
[0044] 在一个方面，衆料在刮板表面式热交换器60内的所选的冷却速率与本文所述的一 个或多个其他因素(例如浆料进入刮板表面式热交换器60时的温度、浆料移动通过刮板表 面式热交换器60的速率、浆料在刮板表面式热交换器60内的剪切速率、浆料离开刮板表面 式热交换器60时的出口温度)相结合，有利地有助于控制奶油填充物中脂肪的成核速率和 结晶速率。
[0045] 浆料移动通过刮板表面式热交换器60时，浆料的示例性冷却速率如下表1所示。在 一个方案中，浆料移动通过刮板表面式热交换器60的速率为大约1000kg/小时，刮板表面式 热交换器60的容量为大约22升。可以理解，刮板表面式热交换器60可具有任何其他合适的 容量，即小于约22升或大于约22升。还应当理解，浆料移动通过刮板表面式热交换器60的速 率可小于约l〇〇〇kg/小时（例如，约750kg/小时或约500kg/小时），或者可大于约1000kg/小 时。衆料在刮板表面式热交换器60中的示例性停留时间也如下表1所示。从表1中可看出，衆 料在刮板表面式热交换器60内的冷却速率可从大约4°C/分钟（39°F/分钟）变化至约40°C/ 分钟（104°F/分钟），并且有利地据信该冷却速率影响填充物的成核速率和结晶速率。相似 地，在一个方面，衆料在刮板表面式热交换器60中的停留时间为大约1分钟至大约20分钟， 在另一方面为大约2分钟至大约14分钟。在一个方面，生产示例性填充物的停留时间为约6 分钟。
[0046] 表1:浆料的流动速率、冷却速率和停留时间
[0047]
[0048] 在一个方面，刮板表面式热交换器60可以是V〇tat〇 r?6x72-II-XHD，它具有以下规 格:缸体长度约72英寸;传冷/传热管63的直径为约6英寸，而轴62的直径为约4英寸(这产生 了可变的环状空间61)。在一种示例性形式中，刮板表面式热交换器60的容积为约22升，压 力等级可为约56bar或者800psi，马达马力介于约20Hp至约30Hp之间；齿条(spline)可为约 2英寸或约50毫米，并可由不锈钢制作，并且传热面积可为约9平方英尺。
[0049] 不希望受限于理论，浆料在刮板表面式热交换器60内的搅拌也有助于提供具有所 需成核速率和结晶速率的填充物。例如，在刮板表面式热交换器60内使用高剪切力通常使 填充物具有较低粘度。在一个方面，刮板表面式热交换器60的转子转速保持恒定。在一个方 案中，刮板表面式热交换器的转子转速可为从约80至约120转/分钟。在另一方面，剪切速率 可与传热/传冷管63内径和环形空间的比率成比例。在一个方案中，利用传热/传冷管63内 径与环状空间61的如下比率获得优选的剪切速率，该比率为约2:1至约15:1，在另一方面该 比率为约2:1至约10:1，在另一方面该比率为约3:1至约8:1，并且在另一方面该比率为约6: 1(例如，传热/传冷管63内径和环状空间61分别为6英寸和1英寸）。
[0050] 不希望受限于理论，刮板表面式热交换器60中的剪切有利地既有助于脂肪晶体成 核，又有助于加快晶体生长速度。在一个方面，奶油填充物一般具有高粘度和低热扩散性， 在不搅拌的情况下冷却传热/传冷管63的管壁可能会产生较大的温度梯度。熔化的脂肪冷 却并且相变时，可能产生成核位置。用刮刀67搅拌可以使奶油与传冷管63的冷却管壁相互 作用并且形成成核位置的程度达到最大。不希望受限于理论，由于刮刀67的作用而产生的 混合在材料内提供了均匀的成核位置分布，并且可增加结晶速率。不希望受限于理论，增加 混合速率和剪切速率还可产生更多的冷却和所需的成核位置均匀度。在一个方面，成核使 糖分子粘在一起，形成大的晶体结构。更具体地讲，刮板表面式热交换器60中的剪切有助于 控制晶体网络，从而更高的剪切通常形成更小的晶体和粘度更低的物质，并且通过聚合形 成更规整的网络。
[0051] 不希望受限于理论，刮板表面式热交换器60中的冷却速率和刮板表面式热交换器 60提供的剪切有利地使得在浆料中形成β'脂肪晶体。例如，快速冷却可能形成不稳定的α月旨 肪晶体，而根据本文所述的方法的冷却速率则会形成β'晶体。在一个方案中，α、β和β'晶体 的相对含量可利用χ射线衍射技术来测定。一般来讲，期望填充物包含大部分r形态的晶 体，在另一方面至少90 %的晶体为β '形态，在另一方面至少75 %的晶体为β '形态。
[0052]可通过(例如)静力触探和/或连接到刮板表面式热交换器60的功率计，来分析刮 板表面式热交换器60中填充物的晶体状态和流变性。静力触探的峰值力和功率计的计算粘 度(RAV)的对比图如图5所示。一方面，使用静力触探和功率计的值来确定启动奶油和夹心 操作时所需的操作粘度值。一旦验证了静力触探数据和功率计数据之间的线性关系，RAV就 可用于持续的过程控制。一般来讲，当填充物包含的晶体大部分为β'形态时，浆料的粘度高 于晶体为α形态时的粘度。
[0053] 一方面，当浆料移动通过刮板表面式热交换器60的内部空间时，可测量刮板表面 式热交换器60中的压力下降。例如，在一个方案中，刮板表面式热交换器60中的压力下降可 介于约15至约20psi之间，在另一个方案中，该压力下降可为大约17psi。在一个方面，在刮 板表面式热交换器60的进料口处以及旋转式夹心机的进料口处测量压力。此外，可在旋转 式夹心机的进料口处控制压力，从而控制奶油的挤出速率和沉积重量。在一个方面，刮板表 面式热交换器60进料口处的压力和相应的压力下降指示了浆料的操作粘度，该操作粘度通 过配方和工艺条件控制。
[0054]参见图1，具有所需结晶度的奶油填充物经由管道65(例如，喷嘴和/或管道)离开 刮板表面式热交换器60。例如，至少在一些方案中，奶油填充物可在如下出口温度下离开刮 板表面式热交换器60:在一个方面，介于约60°F至约90°F之间，在另一方面为约60°F至约80 °F，在另一方面为约60°F至70°F，并且在另一方面为约63°F至约67°F。填充物在刮板表面式 热交换器60出口的温度至少部分取决于填充物的成分的类型和相对含量。因此，可根据成 分调整填充物的出口温度，从而使所得填充物具有所需的相对结晶含量。
[0055]如图6所示，离开刮板表面式热交换器60的填充物的出口温度据信影响填充物的 相对结晶含量。利用DSC(差示扫描量热法)来测量相对结晶含量，该方法可定量测定熔化填 充物中所有结晶材料所需的热量，并且可将待分析样品中的可变糖含量归一化。在一个方 面，测定离开刮板表面式热交换器60的奶油的相对结晶含量的方法可包括第一加热步骤 (循环1)，该步骤定量确定熔化填充物中所有结晶材料所需的热量(焓，AH)。在一个方案 中，第一加热步骤以每分钟5°C的速率加热填充物，直至温度达到高出脂肪组分的熔化温度 5°C。由于填充物中糖与脂肪的比率可能在第一加热步骤(循环1)中导致样品不均匀（因此 产生错误的焓），因此，在完全熔化奶油并且在在20°C(68°F)下保持恒温10分钟后，针对熔 化填充物中人工形成的所有结晶材料所需的热量(焓，AH)，通过第二加热步骤(循环2)将 糖与脂肪的比率归一化。在一个方案中，在第二加热步骤之后，以每分钟5°C的速率冷却填 充物，直至温度达到20°C。不希望受限于理论，虽然ΔΗ爵可取决于填充物加工和/或操作以 及糖与脂肪的比率，但A HW2可仅取决于糖与脂肪的比率。这样，利用DSC测定的相对结晶 含量可通过测定ΔΗβ^ι/ΔΗρ^之商确定。换句话说，利用DSC测定的相对结晶含量=△循环 1/Δ循环2。在测定一批奶油样本的相对结晶含量的一个示例性方法中产生的样本数据集 如图7所示(通过△循环1/ △循环4确定）。
[0056] 从下表2可看出，刮板表面式热交换器60的出口温度影响从刮板表面式热交换器 60离开并且流向旋转式夹心机的填充物的相对结晶含量。该数据也在图7中示出。
[0057 ] 表2:舌ij板表面式热交换器出口温度与填充物相对结晶含量的关系
[0058]
[0059] 在图1示出的形式中，离开刮板表面式热交换器60的奶油填充物经由管道65流向 旋转式夹心机70，可在该旋转式夹心机中制备夹心曲奇饼(例如，OREO Φ曲奇饼）。在一个 方面，控制管道65的温度，以保持填充物的所需结晶度，旋转式夹心机70可包括加热器，以 防止填充物过早结晶。在一个方案中，刮板表面式热交换器60和旋转式夹心机进料口之间 可设置夹套管道。管道夹套可用热水加热，该热水也可流过旋转式夹心机中填充物沉积头 内的加热器。在一个方案中，将夹套管道壁的温度设置为高于刮板式热交换器的最高优选 排放温度(例如，高于约86°F(30°C))，从而确保填充物不会在管壁上凝固和积累。在一个方 面，加热器可用于沉积头中，以在生产中断期间熔化填充物，并且防止或减少沉淀头中填充 物的凝固。
[0060] 在一个任选的方案中，如图1所示，循环管道75(例如，管道65的管道分支)将一部 分离开刮板表面式热交换器60的填充物返回至奶油储存罐50。如上所述，由于填充物在低 于脂肪组分的熔点的出口温度下经由管道65离开刮板表面式热交换器60,并且填充物储存 罐50中的浆料在超过脂肪组分的熔点的温度下被储存，因此可将热水夹套设置在循环管道 75的周围，以加热被循环回到填充物储存罐50中的填充物，使得填充物经由循环管道75再 次进入奶油储存罐50时，其温度高于脂肪组分的熔点。
[0061] 在一个方面，当循环管道75将填充物返回奶油储存罐50时，循环管道75中存在压 力下降。根据循环管道75的直径，每米的压力损失可近似地为以下值:循环管道75的直径为 25mm时，压力损失为约7.5bar/m;循环管道75的直径为50mm时，压力损失为约2.5bar/m;循 环管道75的直径为75mm时，压力损失为约lbar/m;循环管道75的直径为100mm时，压力损失 为约0.5bar/m;循环管道75的直径为150mm时，压力损失为约0.25bar/m。在一个方面，当结 晶的奶油填充物处于循环状态时，由于与热夹套壁温度发生传热并且由于静置混炼器中的 剪切，温度上升。在一个方面，填充物的温度高于脂肪的熔点，以便消除晶体记忆并且将填 充物返回至浆料形式。压力下降指示了循环中的加热速率，因为粘度随着温度和剪切的上 升而下降。
[0062] 通过以下实例进一步说明本文所述的方法以及采用本文所述的方法制备的组合 物的优势和实施例;然而，这些实例中列举的具体条件、加工方案、材料和材料量，以及其他 条件和细节，不应被解释成过度限制该方法。除非另有说明，本文列举的所有百分比均按重 量计。
[0063] 以下实例示出了根据本文所述的方法的一种形式生产奶油填充物。
[0064] ^lj
[0065] 根据下表3所示的配方制备了三种填充物。
[0066] 表3:原味填充物、巧克力填充物和草莓填充物的示例性成分
[0067]
[0068]将起酥油（熔点约115°F)加热至高出起酥油熔点至少25°F的温度，然后与其余成 分组合形成浆料。使该料浆穿过刮板表面式热交换器60(Votator，例如Votator 6X72-II-XHD: 6"直径椭圆形圆筒X 72"圆筒长度;4"轴(可变环状空间）；容积为1.365英尺3 = 6加仑； XHD压力等级 = 56bar = 800psi;马达功率可为20、25或30hp;齿条17-4PH不锈钢（2" = 50_);传热面积为6 X 72 = 9英尺2)，通过速率、轴速和夹套温度如下表4所示。
[0069] 表4:刮板表面式热交换器的相关变量
[0070]
[0071] 利用静力触探技术测量填充物的性质。具体地讲，用具有穿孔盖的圆筒测量填充 物的比重，该穿孔盖确保测量体积完全填满。在填充物离开刮板表面式热交换器60后1分 钟、3分钟、4分钟、5分钟和10分钟进行静力触探测量，从而估算料浆随着时间推移的流变 性。结果如图3所示。
[0072] 静力触探数据是通过多次运行本发明的方法获得的，每次运行具有不同的浆料进 料速率、刮板表面式热交换器60的转子速率以及刮板表面式热交换器冷却夹套中的冷却液 温度，在第1、3、5和10分钟采集数据。结果如图4和下表5所示。对于表3的配方，测定结果表 明约360g的目标平均静力触探值代表具有最佳结晶度的填充物。
[0073；
[0074]
[0075] /^、丄衣3仰团/±叫句田，[3|」，|丈13：,|、|口」口、」叹里1、，=1水料《1：料迎牛乃3'^和7501^/11『时，目标流变性和稳定性值都得到满足。发现填充物的比重在Votator的运行速度中间段 (75至90RPM)最稳定。在3至5分钟内测量平均静力触探值（图4)，最后一列示出了3至5分钟 测得的平均静力触探值相对于1分钟时测得的静力触探值（图4)的百分比变化。表5的结果 表明，可根据每种浆料的进料速率调整刮板表面式热交换器60的转子转速(RPM)和刮板表 面式热交换器60冷却夹套中的冷却液温度，从而获得填充物的目标流变值(通过平均静力 触探数据示于表5中）。例如，使用介于500kg/hr和750kg/hr之间的浆料进料速率，将刮板表 面式热交换器60设置在每分钟80至120转之间，并且将冷却液温度设置在4°C和12°C之间、 更优选为4°C和8°C之间，获得了最接近预定目标平均触探值360的平均静力触探值。
[0076] 本文公开的方法和系统有利地提供了这样一种填充物，该填充物的流变性能相当 于和/或超过利用生产线下游端的冷却通道制备的填充物的流变性能。此外，利用本发明方 法和系统获得的稳定填充物具有所需流变性能、结晶度特性和口感特性，同时本发明方法 和系统省略了生产线上的冷却通道，从而节约了成本并节省了生产时间。
[0077] 前文说明书和附图所述的事项仅以举例方式提供，并不具有限制性。虽然已示出 并描述了具体的实施例，但对本领域的技术人员显而易见的是，可以在不脱离
【申请人】所作 贡献的广泛方面的情况下进行改变和修改。寻求保护的实际范围在基于现有技术进行正确 界定的权利要求书中加以限定。
【主权项】
1. 一种生产填充物的方法，所述方法包括： 将脂肪组分加热至所述脂肪组分的熔点以上的温度； 将所述脂肪组分与糖源组合，并且持续混合所述脂肪组分和所述糖源，同时使所述温 度保持在所述脂肪组分的熔点以上，以形成浆料； 将温度高于所述脂肪组分的熔点的所述浆料引入刮板表面式热交换器； 在所述刮板表面式热交换器中以约7°F/分钟至约72°F/分钟的冷却速率冷却所述浆 料;并且 在可有效提供所述填充物的温度下从所述热交换器分配所述浆料。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述脂肪组分选自卡诺拉油、棕榈油、高油酸卡诺 拉油、大豆油、红花油、向日葵油、棕榈仁油、乳木果油、芒果核油、雾冰草油、婆罗双树油、可 可脂、类可可脂或它们的组合。3. 根据权利要求1所述的方法，其中将所述脂肪组分加热至其熔点以上的温度的步骤 包括将所述脂肪组分加热至高出所述脂肪组分的熔点至少10T的温度。4. 根据权利要求1所述的方法，其中将所述脂肪组分加热至其熔点以上的温度的步骤 包括将所述脂肪组分加热至高出所述脂肪组分的熔点至少20°F的温度。 5 ·根据权利要求1所述的方法，其中所述糖源具有从约40μπι至约180μπι的D90。6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述糖源具有从约40μηι至约80μηι的D90。7. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述刮板表面式热交换器中冷却所述浆料的步 骤还包括使所述衆料以介于500kg/hr至约1000kg/hr之间的通过速率移动通过所述刮板表 面式热交换器。8. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述刮板表面式热交换器中冷却所述浆料的步 骤还包括使所述衆料以介于500kg/hr至约750kg/hr之间的通过速率移动通过所述刮板表 面式热交换器。9. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述刮板表面式热交换器中冷却所述浆料的步 骤还包括使所述刮板表面式热交换器的转子以每分钟约80转至每分钟约120转的速度旋 转。10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述浆料穿过所述刮板式表面换热器的环状空 间，所述环状空间位于所述刮板表面式热交换器的转子的外径和所述刮板表面式热交换器 的传冷管的内径之间，其中在所述刮板表面式热交换器中冷却所述浆料的步骤包括使所述 刮板表面式热交换器的所述转子旋转，并且其中所述刮板表面式热交换器的所述传冷管的 所述内径与所述刮板表面式热交换器的所述环状空间的比率为约6比1。11. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述刮板表面式热交换器中冷却所述浆料的步 骤包括使所述浆料移动通过所述刮板表面式热交换器，使得所述浆料在所述热交换器中的 停留时间为约1分钟至约14分钟。12. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述刮板表面式热交换器中冷却所述浆料的步 骤包括使所述浆料移动通过所述刮板表面式热交换器，使得所述浆料在所述热交换器中的 停留时间为约2分钟至约6分钟。13. 根据权利要求1所述的方法，其中在可有效提供所述填充物的温度下从所述热交换 器中分配所述浆料的步骤还包括在约60°F至约90°F的温度下从所述热交换器中分配所述 浆料。14. 根据权利要求1所述的方法，其中在可有效提供所述填充物的温度下从所述热交换 器中分配所述浆料的步骤还包括在约63°F至约67°F的温度下从所述热交换器中分配所述 浆料。15. 根据权利要求1所述的方法，其中在可有效提供所述填充物的温度下从所述热交换 器中分配所述浆料的步骤还包括在低于所述脂肪组分的熔点约35°F至约50°F的温度下从 所述热交换器中分配所述浆料。16. 根据权利要求1所述的方法，其中所述浆料包含约20%至约50%的脂肪组分。17. 根据权利要求1所述的方法，其中所述浆料包含约50 %至约80 %的糖。18. 根据权利要求1所述的方法，其中所述浆料包含约25%至约45%的脂肪组分。19. 根据权利要求1所述的方法，其中所述浆料包含约55 %至约75 %的糖。
【文档编号】A21D13/08GK105939610SQ201580006071
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年2月6日
【发明人】M·德加迪, D·克卢特, J·M·曼斯, T·M·理查, R·施托伊伯, G·A·米恩, D·A·金, W·康韦
【申请人】洲际大品牌有限责任公司