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什么是带状矩阵的带宽？
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出门在外也不愁低密度口香糖及其制造方法
低密度口香糖及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及具有小于0.60g/cc的密度的低密度口香糖，其包含至少50％的聚合物和小于40％的增量剂与填充剂的组合。可通过将这些成分与超临界流体二氧化碳混合并冷却混合物来制造所述低密度口香糖。所述混合物可任选地被切成块并进行包衣。
【专利说明】低密度口香糖及其制造方法
[0001]优先权数据
[0002]本专利申请要求日提交的美国专利申请序列号61/576，601的权益，并且所述专利申请如同完全重述一样以引用的方式并入本文中。
【背景技术】
[0003]本发明涉及低密度口香糖和制造方法。更具体地，本发明涉及一种充气口香糖和所述充气口香糖的相关制造方法，所述方法通过在混配口香糖产品的同时将超临界流体二氧化碳注入混合装置中来实现。
[0004]口香糖市场中最近的产品创新表明，许多消费者都在口香糖产品中寻求新的体验。新形式、质地和新口味(包括咸味、无甜味)可吸引这些消费者。消费者也在其口香糖产品中寻求额外的益处，例如降低的卡路里含量。因此，需要新的口香糖制造方法以便为消费者提供独特的口香糖体验。
[0005]传统的口香糖包含水不溶性部分(基本上为胶基)和水溶性部分,所述水溶性部分主要由增量剂如糖和/或糖醇组成，其典型地构成产品的60-75重量％。除了向产品提供甜味之外，所述增量剂还软化所述产品的初始质地。包括调味剂、软化剂、色素、活性剂、酸等的其他成分也被认为是水溶性部分的一部分。
[0006]传统的口香糖典型地具有1.1-1.4g/cc的密度。这样的高密度产品典型地通过以下步骤制造:首先制备胶基，其可含有十种以上不同的组分。然后在独立的混合器中将预先制造的胶基与水溶性成分混合。然后将混合物挤出，压片，并成形为单独的棒、薄片、丸粒或球形块。
[0007]先前降低口香糖产品密度的努力已声称通过在口香糖混合期间或之后施加真空或注入气体以向组合物充气而产生低至0.5g/cc的密度。然而，这种方法可能由于嚼团(即，口香糖被咀嚼后的剩余物)尺寸小而产生不令人满意的充气产品。此外，充气/真空步骤增加了制造的复杂性和成本。
[0008]制造低密度(即充气)口香糖的一个优点是降低以每块计的卡路里含量。然而，消费者可通过消耗更多块的产品以产生所期望的嚼团尺寸(即，与传统口香糖产品所提供的嚼团尺寸相当的嚼团尺寸)进行补偿，因而抵消了卡路里降低的益处。降低口香糖的卡路里含量的另一种常见方法是简单地减少或消除口香糖中的糖或糖醇增量剂。然而，由于块尺寸减小和不可接受的咀嚼质地(典型地为过硬)，这对于消费者可能不具吸引力。
[0009]低密度(即充气)口香糖的另一个优点是每块制造成本降低，因为使用了较少量的成分。然而，消费者可能再次倾向于消耗额外的块来产生所期望的嚼团尺寸，因此增加了他的成本和他对产品的不满。
[0010]因此，卡路里含量较低但具有与传统口香糖相同的口香糖嚼团量的低密度口香糖将是有用的。能够产生低密度口香糖的方法也将是有用的。
【发明内容】[0011]本发明涉及低密度口香糖和制造方法。更具体地，本发明涉及一种充气口香糖和所述充气口香糖的相关制造方法，所述方法通过在混配口香糖产品的同时将超临界流体二氧化碳(SCF)注入混合装置例如挤出机中来实现。然后所述口香糖在离开所述装置(例如挤出机)后膨胀并迅速冷却。
[0012]在一个实施方式中，本发明的充气口香糖包含聚合物和小于40%的增量剂和填充齐U，例如糖、糖醇、膳食纤维、果粉、可可粉、巧克力片、速溶咖啡粉、磨碎的咖啡豆、干奶粉、桂皮粉、香草和香料粉、纤维素、碳酸钙、无定形二氧化硅和滑石。在一个实施方式中，所述聚合物为食品级聚合物、亲水性聚合物，和/或具有大于30°C的玻璃化转变温度(Tg)。在一个实施方式中，所述聚合物可为聚乙酸乙烯酯(PVAc)、乙酸乙烯酯-月桂酸乙烯酯共聚物(PVAVL)或其组合。在一个实施方式中,所述聚合物构成口香糖成分的至少50重量％。在一个实施方式中，本发明的充气口香糖可包含其他成分，包括润滑剂(例如脂肪、油或蜡)、调味剂(游离或封装)、高强度甜味剂(游离或封装)、活性剂、盐、酸、水胶体、蛋白质或其组合。
[0013]在本发明的一个实施方式中，本发明的充气口香糖的密度小于0.60g/cc、小于0.50g/cc、小于0.45g/cc、小于0.40g/cc或小于0.35g/cc。在本发明的一个实施方式中，口香糖具有大于0.20g/cc的密度。
[0014]在本发明的一个实施方式中，口香糖至少部分被包衣例如糖、糖醇、蜡、巧克力或其组合的锅包衣覆盖。例如可以通过涂裹或通过喷涂呈溶液或熔融形式的包衣材料来施加这样的包衣。可选地，可以使用模具将包衣层共挤出在口香糖团块周围。然而，在共挤出的包衣的情况下，重要的是包衣材料不限制口香糖中心的膨胀。
[0015]本发明的方法包括将口香糖的成分引入装置(例如挤出机)中，使口香糖成分熔融，将超临界二氧化碳引入所述装置(即挤出机)中，操作所述装置以将超临界二氧化碳与熔融的口香糖成分掺混，将混合物成形(即挤出)，以及将膨胀并成形的混合物冷却。在本发明的一个实施方式中，在冷却之前将所述膨胀并成形的混合物切成块。可以使用糖、糖醇、巧克力、蜡或组合对所述块进行包衣以产生外壳。
[0016]在本发明的一个实施方式中，将超临界CO2以至少7000kPa (IOOOpsi)例如7000-42，OOOkPa的压力引入装置中。可以以每50g成分约0.5_2ml SCF CO2的比率引入超临界CO2。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1示出了本发明的一个实施方式的充气口香糖球的照片。
[0018]图2示出了本发明的一个实施方式的如图1中所示的充气口香糖的一个截面的显微照片。
[0019]图3示出了本发明的一个实施方式的方法的示意图。
[0020]图4示出了与本发明的一个实施方式的方法结合使用的注射器的示意图。
[0021]图5示出了本发明的一个实施方式的充气口香糖的四个实施例的密度稳定性。
【具体实施方式】
[0022]本发明提供了低密度口香糖及其制造方法。特别地，根据本发明的一个实施方式，所述低密度口香糖为充气口香糖。本发明的充气口香糖可以仅包含聚合物，其通过掺入超临界二氧化碳流体(SCF)而膨胀。更典型地，组合物还可以包括下列成分中的至少一些:调味齐?、增量齐?、填充齐?、高强度甜味齐?、盐、酸、活性齐?、水胶体、蛋白质、润滑剂和色素。图1是根据本发明的一个实施方式制造的充气口香糖球块的照片。
[0023]本发明的口香糖一般具有在0.20-0.60g/cc范围内的密度。在本文中使用时，术语密度是指包封密度(envelope density)。包封密度是口香糖产品的质量除以所测量的口香糖块的外部尺寸(即最宽泛的空间体积)。然而，口香糖块的比重是用外部体积减去任何空气室或空闲空间的内部体积后得到的值除以所述口香糖块的质量。如果不存在内部空气室或开放空间，则包封密度与比重相同。更具体地，本发明的口香糖的包封密度在0.25-0.45g/cc 范围内。
[0024]测量本发明口香糖的包封密度的一种方法可通过以下来实现:将经过称重的量的产品放置在一个大的带刻度的量筒中，并倾倒已知体积的细砂来覆盖所述产品。轻轻敲击所述量筒直至获得稳定的体积读数并且减去所添加的砂子的已知体积将得到经过称重的产品的体积的适度精确的度量，这使得可直接计算包封密度。就本发明来说，应了解本文件中所用的密度值是通过这种方法计算的。此外，所述密度值仅仅是指口香糖的包封密度而不包括可任选施加的任何包衣(除非另外说明)。
[0025]计算本发明口香糖的包封密度的另一种方法可以通过测量填塞的口香糖球体的密度并乘以1.35来粗略估算。该密度值可以例如通过向大烧杯或带刻度的量筒中填充球形口香糖丸粒至一定的体积刻度并对所含产品进行称重来测量。将量筒中的重量除以量筒上的体积刻度得到“填塞密度(packed density) ”。根据Kepler推测(由Hales在1998年通过穷举法证据证实)，紧密填塞的球体占据填塞体积的74%。因此可通过测定大量球体的“填塞密度”，然后将“填塞密度”乘以1/0.74 = 1.35以得到包封密度，来计算口香糖球体的包封密度。
[0026]就本发明来说，口香糖中所用成分的百分比是基于被混合到口香糖组合物中的固体和液体成分的重量，并且不包括二氧化碳的重量。将二氧化碳以其流体状态与口香糖成分混合，但随着口香糖离开装置、膨胀并冷却，二氧化碳通过蒸发而离开口香糖。所述百分比也不包括在混合后施加至口香糖表面的任何包衣中的成分的重量。
[0027]如先前所示，本发明的口香糖包含聚合物。根据替代的实施方式，可以添加其他成分。所述成分可以是固体或液体形式。此外，可使用其他成分来形成包衣，如下文进一步讨论的。
[0028]就本发明来说，应了解，术语聚合物是指胶基中常用类型的热塑性聚合物并且不包括碳水化合物聚合物如淀粉或纤维素，所述碳水化合物聚合物在本发明中被归类为增量剂或填充剂。所述聚合物既不包括蜡也不包括其他低分子量寡聚物，这些物质可用作口香糖中的添加剂。本发明口香糖中使用的优选聚合物应为食品级、亲水性并且具有大于约30°C的Tg(玻璃化转变温度)。具有大于30°C的Tg的聚合物是本发明中优选的，因为它们更有可能在制造后保持其膨胀结构。所述聚合物优选是亲水性的，以使得聚合物在咀嚼期间快速吸收唾液以保持嚼团体积和弹性。亲水性是指聚合物具有大于17、大于18或至少约19MPa1/2的溶解度参数。当然，可以向具有这些溶解度参数的聚合物中添加少量具有较低溶解度参数的聚合物而不会使产品变得不可接受。[0029]本发明中使用的聚合物可以口香糖的至少50重量％的水平存在。在一个实施方式中，聚合物可以口香糖组合物的至少60重量％或至少70重量％的水平存在。在一些实施方式中，聚合物可构成口香糖组合物的几乎全部，即几乎100重量％的成分，例如大于95重量％、大于98重量％或大于99重量％。
[0030]本发明中可使用的一种优选聚合物为聚乙酸乙烯酯(PVAc)。希望地，本发明口香糖中使用的PVAc具有如通过GPC所测量的小于50，000道尔顿、小于40，000道尔顿、小于
30,000道尔顿或最优选小于15，000道尔顿的平均分子量(Mw)。PVAc应具有至少5，000道尔顿、至少7，500道尔顿或优选至少约10，000道尔顿的平均分子量(Mw)。添加少量的较高分子量PVAc以调节产品的质地可能是有利的。可以将具有约45，000-55, 000的高分子量(Mw)的 PVAc 与约 10，000-15，000 的低分子量 PVAc 以大于 10:1、20:1、40:1 或 100:1 的低Mw:高仏比率进行组合。约50:1的低Mw:高仏比率是优选的。
[0031]聚乙酸乙烯酯是玻璃化转变(Tg)在35°C与40°C之间的相对亲水性聚合物。PVAc具有约19MPa1/2的溶解度参数，而大部分口香糖弹性体具有约16MPa1/2的溶解度参数。在咀嚼期间，PVAc吸收水，这将使聚合物增塑。在早期咀嚼时间内，这种效应使聚合物软化并且在口香糖和口香糖嚼团中产生弹性。在后期咀嚼中，聚合物吸收过多水造成口香糖中的弹性损失(尤其是在口香糖嚼团中)。可将第二聚合物与PVAc组合以减少咀嚼期间的水吸收。虽然PVAc聚合物可用作口香糖中唯一的聚合物，但优选将PVAc与另一种聚合物如乙酸乙烯酯-月桂酸乙烯酯共聚物(PVAVL)组合。虽然PVAVL可单独用于制造口香糖，但PVAVL的低吸水能力限制了其自身产生弹性口香糖的能力。 [0032]当与PVAc组合时，PVAVL通过减少口香糖的组合聚合物内含物的水吸收而造成口香糖和嚼团在咀嚼期间的弹性增加。PVAVL提高了 PVAc的疏水性，从而降低了其吸水特性。然而，乙酸乙烯酯-月桂酸酯共聚物具有脂肪区(月桂酸酯)(其减少水吸收)和乙酸乙烯酯区(其被吸引至PVAc)两者。也可以将脂肪成分与PVAc组合以减少PVAc的水吸收，然而，因为脂肪与PVAc不混溶，脂肪会在咀嚼期间从PVAc基质中提取出来，因此对于该目的来说，脂肪是不太理想的。
[0033]重要的是，PVAVL的化学组成可与其所搭配的PVAc相容以防止这两种材料在加工期间分离。可以通过提高组合的聚合物团块中乙酸乙烯酯与月桂酸乙烯酯的比率来实现两种聚合物的相容性。可用于与PVAc组合的市售PVAVL的实例可获自瓦克化学公司(WackerChemical Corp.)(即，Vinnapas LL8880)。这种PVAVL聚合物团块具有约11-13%的月桂酸乙烯酯含量和120，000-170, 000的重均分子量。Vinnapas产品B500/20VL和B500/40VL分别具有20%和40%的月桂酸乙烯酯含量并且可与低分子量PVAc组合以制造充气口香糖。当对选自多个供应商的聚合物团块进行组合时，可能有必要调节PVAc与PVAVL的比率以达到所期望的口香糖和嚼团弹性。虽然PVAc或PVAVL可用作本发明口香糖中的唯一聚合物，但PVAc:PVAVL优选为40:1-5:1PVAc:PVAVL的比率，更优选为20:1-10:1的比率。
[0034]虽然PVAc/PVAVL掺混物是用于本发明的优选聚合物，但也可使用其他聚合物和聚合物掺混物。一般来说，可与PVAc混溶并且当掺混时与PVAc形成均质相的任何聚合物均可起作用。这种聚合物优选自身具有足够的弹性以向本发明的口香糖产品提供足够的弹性。还可以通过将疏水性基团接枝在聚合物上来对PVAc进行改性，以产生可单独使用或者以与非接枝PVAc的掺混物形式使用的聚合物。还可使用与PVAc和PVAc/PVAVL聚合物系统组合的低分子量聚乙烯。
[0035]重要的是，本发明口香糖中使用的聚合物为食品级。虽然不同国家之间对于食品级的要求不同，但欲用作咀嚼用物质(即胶基)的食品级聚合物典型地必须满足下列标准中的一项或多项。它们可能必须被当地食品监管机构明确批准用于此目的。它们可能必须依据由当地监管机构规定的“良好制造规范(Good Manufacturing Practices) ” (GMP)来制造，这种规范确保用于制造食品材料的足够的清洁度和安全性水平。制造中所用的材料(包括试剂、催化剂、溶剂和抗氧化剂)理想地应为食品级(如果可能的话)或至少满足严格的质量和纯度标准。成品可能必须满足关于质量和所存在的任何杂质的水平和性质(包括残留的单体含量)的最低标准。可能需要充分记录材料的制造史以确保符合适当的标准。制造设施本身可能经受政府监管机构的检查。此外，并非所有这些标准都适用于所有管辖区。在本文中使用时，术语“食品级”是指聚合物满足制造和/或销售所述成分或含有所述成分的产品的所在地的所有适用食品标准。
[0036]一旦含有聚合物的口香糖团块在本发明的方法期间膨胀后，得到的低密度(即充气)口香糖可能需要一些稳定化形式来防止膨胀的口香糖团块在膨胀的产品冷却至室温时(以及之后)发生皱缩和塌陷。对于橡胶带来说，除非存在一些手段(或处理)可用于保持拉伸的橡胶带避免缩回至其原始尺寸，否则它会在被拉伸后恢复到更小的尺寸，因为这是它松弛的较低能量状态。用于限制其缩回倾向的这样一种手段或处理可能是向橡胶带中添加可改变橡胶带的化学状态或组成以使得其在被拉伸时处于较低能量状态的成分。第二种手段或处理是向橡胶带中添加会与橡胶带一起拉伸但一旦被拉伸后就不会缩回的成分。第三种手段或处理是向橡胶带中添加当橡胶带试图缩回至其原始松弛尺寸时会以物理方式妨碍橡胶带的成分。
[0037]可被添加到口香糖配方中的第一组稳定剂可通过提高聚合物的Tg以使得聚合物在冷却后固定而防止充气口香糖塌陷。在PVAc作为口香糖中的聚合物的情况下，在略高于聚合物的Tg的温度下，即在约40-60°C的温度下发生膨胀。然而，室温(22-27°C )不够冷以致于不能固定聚合物分子以防止冷流，即，分子恢复至其未被拉伸的较低能量状态。固定聚合物的一种方式是掺入在高温下流动但在较低温度下不流动的稳定剂。例如，具有离子官能团的材料在高温下显示出弱的离子吸引力，但在较低温度下显示出强吸引力，因而降低了聚合物的流动性以及其在膨胀后塌陷的倾向。当然，这种稳定剂必须与聚合物在分子水平上相容。
[0038]对于PVAc特别有效的稳定剂是具有强离子基团(_0H_、NH3\ -COOF等)的稳定齐U，例如但不限于阿拉伯树胶和蛋白质，例如浓缩的乳清蛋白、鸡蛋蛋白及其组合。如上文所述，稳定剂只有在其与聚合物在分子水平上相容时才起作用。稳定剂需要能够以其熔融态与PVAc充分混合。乳清蛋白浓缩物是用于含PVAc的口香糖的优选稳定剂。乳清蛋白浓缩物可与PVAc相容并且在口香糖制造期间在与PVAc组合之前无需附加的处理或成分。相比之下，阿拉伯树胶是一种良好的稳定剂，但它需要另一种成分如甘油或山梨糖醇，以在口香糖制造期间使阿拉伯树胶成为一种能够与PVAc合并的形式。这种将成分例如甘油或山梨糖醇与阿拉伯树胶组合的行为有时被称为使阿拉伯树胶“增塑”。在这两种示例的“增塑”成分中，甘油是最有效的。在不存在这些增塑剂的情况下，在试图将阿拉伯树胶与熔融的PVAc掺混期间，阿拉伯树胶保持不合并的粉末形式，因此使得阿拉伯树胶不能有效作为稳定剂。如果通过掺入甘油、山梨糖醇或类似成分而被增塑，则阿拉伯树胶是PVAc的有效稳定剂。
[0039]在本发明的一个实施方式中，基于PVAc/PVAVL的口香糖的优选稳定剂可以是比率为3:1-1:3、或2:1-1:2、或优选约1:1的阿拉伯树胶与乳清蛋白浓缩物(WPC)的掺混物。稳定剂可以口香糖组合物的至少5重量％、或至少10重量％、最高约30重量％、或最高20重量％、或优选约15重量％的水平使用。阿拉伯树胶还倾向于降低膨胀的口香糖的密度，因此可调节阿拉伯树胶与乳清蛋白浓缩物(WPC)的比率来控制产品密度。
[0040]可向口香糖配方中添加第二组稳定剂以通过在充气口香糖内产生物理支撑结构而帮助防止充气口香糖塌陷。这组成分为水溶性增量剂，例如糖或糖醇，其通过结晶和/或以其他方式形成非塌陷的物理结构以干扰试图塌陷的膨胀聚合物结构而将膨胀的充气口香糖稳定化。可通过这种方式用于稳定膨胀的口香糖的增量剂的具体实例包括蔗糖、右旋糖、果糖、山梨糖醇、甘露糖醇、木糖醇、赤藓糖醇、异麦芽糖醇、麦芽糖醇、预胶凝化淀粉、颗粒淀粉、氢化淀粉水解物固体、玉米(右旋糖)糖浆固体和水溶性膳食纤维，例如果胶或聚右旋糖。其中，山梨糖醇是优选的，因为它在传统的口香糖加工温度下熔融，然后在膨胀后的冷却温度期间再次固化以向膨胀的口香糖块提供结构完整性。淀粉也是优选的，因为它们也建立非塌陷的结构，充当成膜剂，并且与右旋糖和果糖组合充分起作用。还需要基于能量特征来选择增量剂。例如，应该避免使用在结晶期间释放大量热的高百分比的木糖醇和其他增量剂，因为在冷却过程中这种结晶热可能使产品塌陷。
[0041]可向口香糖配方中添加第三组稳定剂以通过利用其物理体积以物理方式阻止膨胀的聚合物恢复至其未被拉伸的松弛状态来帮助防止充气口香糖塌陷。这第三组稳定剂是水不溶性填充剂如碳酸钙、滑石以及不溶性碳水化合物如纤维素和不溶性膳食纤维。一些天然的食品成分如干果、蔬菜粉或桂皮粉可包含增量剂与填充剂的混合物。这些材料可通过利用其水溶性增量剂部分产生物理结构并利用其水不溶性填充剂部分提供干扰体积来稳定膨胀的口香糖产品。
[0042]在使用时，增量剂和/或填充剂的组合占口香糖成分的小于40%。因为水溶性增量剂和不溶性填充剂两者就其稳定本发明的膨胀的口香糖的方法而言类似地起作用，所以此处将它们一起进行考虑。在一些实施方式中，口香糖成分包含最高30重量％、或最高20重量％、或最高10重量％的增量剂和/或填充剂。在一些实施方式中，口香糖基本上不含增量剂或填充剂，即小于I重量％。过量的增量剂/填充剂水平可使挤出机中的扭矩增加至不可接受的水平并造成口香糖在膨胀期间破裂或在其后过度皱缩。增量剂/填充剂的最大水平部分取决于所用聚合物的成膜特性，以及影响该聚合物特性的所添加的其他成分。聚合物的成膜特性促成了其在膨胀的口香糖中膨胀并产生空气室的能力。具有强烈成膜倾向的聚合物可以耐受更高的增量剂/填充剂水平并且仍然使最终的充气口香糖产生充分的膨胀。
[0043]可以向本发明的口香糖中添加某些成分以提高聚合物的成膜特性并因此增加口香糖的膨胀。这些成分包括但不限于水、甘油、糖浆、糖醇糖浆、液体胶、液体胶基、液体调味剂或其组合。
[0044]向口香糖团块添加上述流体成分可通过以下方式来实现:在混合过程开始时添加所述成分，或者优选地，在大部分成分已经混合后但在向口香糖团块中注入超临界二氧化碳之前将少量的这些流体成分注入装置的后期混合区段中。如前所述，这些成分提高了聚合物的成膜特性，但它们也可以影响(例如降低)聚合物的Tg。如果流体成分降低Tg，则膨胀的口香糖可能在冷却后变得更软或更具柔性。因此，所述流体成分有时被称为“软化剂”或“增塑剂”。这些流体成分可以至少0.5重量％、或至少I重量％、或至少2重量％、或至少3重量％、或约4重量％的水平被添加。然而，如果这些流体成分的水平超过6重量％、或8重量％、或10重量％，则可能遭遇到一些问题，例如膨胀的块塌陷。
[0045]本发明的口香糖中还可以包含出于“增湿”、“软化”和/或“增塑”目的而被包含在传统口香糖配方中的成分。向传统口香糖中添加这些成分的目的在于软化传统的口香糖嚼团。此处，对于本发明来说，这些成分可有效地防止或减少初始咬和早期咀嚼充气口香糖时的粉尘、干燥或脆性感。这些“增湿”、“软化”和/或“增塑”成分包括但不限于水、甘油、丙二醇、乙酰化单甘油酯和二甘油酯、糖浆、糖醇糖浆、液体胶基、液体调味剂及其组合。正如先前所讨论的流体成分，它们可在混合早期或混合后期、但优选在添加超临界二氧化碳之前被添加到口香糖团块中。
[0046]任何上述流体成分的使用可允许更高水平的增量剂/填充剂，但仍不会超过总口香糖成分的40重量％。液体调味剂可与甘油、水、糖浆或糖醇糖浆类似地起作用。然而，由于各种调味剂与基质组合物之间的宽泛范围的相互作用，所以在未对特定组合进行测试的情况下可能难以预测什么水平的液体调味剂可为有效或过量的。例如，水果调味剂倾向于比薄荷调味剂更强烈地使PVAc增塑(即软化)，因此，与具有薄荷调味剂的口香糖相比，在具有水果调味剂的口香糖中可使用更多的增量剂。
[0047]一般来说，充气口香糖中挤出的口香糖团块的总膨胀能力可见于图2中。图2示出了本发明的一个实施方式的如图1中所示的充气口香糖块的切割截面的显微照片。在所述显微照片中可以看到，球形块的表面相对平滑并且无孔，而内部体积由口香糖团块内的泡沫状开放空气室组成。相对无孔是指裸眼可见的口香糖块的表面的外观基本上不含孔隙和裂缝。口香糖块的外表面与中心之间的空气室尺寸的差异可能是由团块冷却之前中心团块膨胀更多的能力造成的。在离开挤出机和/或模具后，口香糖块的外表面快速冷却，因此所述外表面在其过冷以致于不能膨胀之前膨胀的时间较少。一般来说，聚合物的弹性特性影响在挤出的口香糖冷却之前发生的膨胀程度。
[0048]相比之下，传统的口香糖(即非充气的)从块的外部(即表面)至内部具有均匀的密度外观。因此，在口香糖块中仅存在有限数目的空气室，所述空气室的存在是由混合期间偶然截留的空气造成的。这些偶然形成的空气室随机位于口香糖块中。
[0049]使充气口香糖产品稳定的一个重要因素是避免可能使聚合物的Tg降低至接近预期长期储存温度的成分。如果储存温度接近于或高于Tg，则聚合物会随着时间推移而软化，失去结构刚性并塌陷。如先前所讨论的，可使聚合物增塑(即降低其Tg)的一种成分为液体调味剂。出于该原因，希望将液体调味剂的水平降至最小或优选将其完全省略。仍然可以使用封装的调味剂，因为这些不会使聚合物增塑。本文中使用的术语“封装的调味剂”意欲不仅包括诸如由包括流化床包衣在内的技术所提供的封装，而且包括其他将调味剂固定的方法，例如将调味剂喷雾干燥或吸收在二氧化硅粒子或其他固体介质上。
[0050]根据另一个实施方式，可以被掺入到本发明的充气口香糖中的其他成分为润滑齐U。可用于本发明的润滑剂包括蜡和脂肪物质，例如石蜡，微晶蜡，天然蜡如蜂蜡和巴西棕榈蜡，动物或植物来源的脂肪如牛脂、氢化牛脂，例如来自于大豆、玉米、棉籽、油菜、棕榈、棕榈仁、椰子、向日葵等的完全和部分氢化的植物油，及其组合。如先前所讨论的，可向配方中添加脂肪/油性润滑剂成分以降低PVAc的水吸收。如先前所讨论的，重要的是润滑剂不降低聚合物或聚合物系统的Tg。出于若干制造效率原因，还可以将润滑剂掺入口香糖配方中。出于防止产品粘附于装置等原因，可以例如使用切割刀片将挤出的口香糖切成块。润滑剂还可降低口香糖粘度并降低在混合和添加超临界二氧化碳期间的扭矩。润滑剂的另一种功能可能是提供阻挡性能以保护成品充气口香糖产品免受环境中水分的影响或免于后续的包衣操作。一种特别优选的润滑剂为巴西棕榈蜡。在使用时，润滑剂可以最高5重量％的水平掺入口香糖中，其中至少0.1重量％、或0.5重量％至2重量％、或最高3重量％的水平是优选的。
[0051]在一个实施方式中，口香糖成分还可以包括一种或多种高强度甜味剂。在本文中使用时，术语“高强度甜味剂”是指比蔗糖甜至少二十倍的任何物质。这样的甜味剂包括糖精、甜蜜素、阿斯巴甜、阿力甜、纽甜、其他基于肽的甜味剂、三氯蔗糖、安赛蜜钾、甜菊苷(包括纯化的提取物如莱鲍迪苷A)、甘草甜、新橙皮苷二氢查耳酮及其混合物。在一些实施方式中，至少一部分高强度甜味剂被封装。这样的封装可通过造粒、聚结、挤出和研磨、喷雾干燥、流化床封装或任何其他已知方式来产生。使用水平取决于甜味剂的效能、封装(如果存在的话)的程度和有效性以及产品所需的感官情况。甜味剂一般以低至0.005重量％、或低至0.05重量％、或至少0.2重量％至高达5重量％、或3重量％、或2重量％的水平用于口香糖组合物中。在一个实施方式中，高强度甜味剂以口香糖成分的0.1重量％至1.0重量％的水平存在。在一些实施方式中，口香糖产品还可以包括调味剂，其包括水果和/或咸味调味剂。在咸味调味剂如爆米花、奶酪、牛肉干、培根或马铃薯片调味剂的情况下，配方中可能需要包括盐。盐可被添加作为调味剂材料的一部分，和/或被添加用于降低口香糖配方中增量剂的甜度感。在水果味口香糖的情况下，可添加最高3重量％的酸如柠檬酸、苹果酸或己二酸来增强酸味和香味。如果调味剂为液体，则需要考虑其载体成分。例如，如先前所述，如果调味剂处于基于脂肪的载体中，则所述调味剂可影响聚合物的水吸收和聚合物的Tg两者。
[0052]可以被掺入到本发明的口香糖中的其他成分包括色素(天然和/或人工色素)和活性成分，例如牙齿健康剂、药物化合物、营养和能量补充剂。当然，向制剂中添加任何成分都需要验证产品的稳定性没有受到不利影响。
[0053]本发明还包括制造低密度(即充气)口香糖的方法。所述方法包括以下步骤:1)将至少包含聚合物的干燥成分材料引入装置(其为挤出机或可以包括挤出机)中；2)将口香糖材料混合并熔融；3)将超临界二氧化碳引入(例如注入)所述装置中；4)将所述超临界二氧化碳与混合并熔融的口香糖材料混合；5)使口香糖混合物从装置中沉积出来；6)随着口香糖团块通过成形器(例如，模具板区段)离开装置，使口香糖团块成形为绳状物、带状物或片状物；7)使口香糖团块由于压力降低而膨胀；以及8)将膨胀的成形口香糖材料冷却以产生低密度(即充气)口香糖。在一个实施方式中，可以例如通过使用直接位于挤出模具之后的转刀(fly knife)将成形产品切成块。对于一些实施方式来说，可将产品沉积或放置在模具例如一对具有腔室的反向旋转辊中以使膨胀产品成形。
[0054]在一个实施方式中，制造低密度(即充气)口香糖的方法还包括对低密度口香糖进行包衣的步骤。这样一种方法是通过用糖、糖醇、蜡、巧克力或其组合对低密度口香糖块进行包衣来实现的。例如可以通过用熔融的包衣涂裹低密度口香糖块或通过将呈溶液或熔融形式的包衣材料喷涂或雾化来施加这样的包衣。在一些实施方式中，口香糖产品可以喷涂有液体成分，喷撒有干燥成分，或其组合。所施加的成分可包括但不限于盐、酸、蜡或咸味调味油。
[0055]在另一个实施方式中，可以使用共挤出来实现对低密度口香糖进行包衣的方法。可使用同心或层状模具板将包衣层共挤出在口香糖团块上、共挤出在口香糖团块周围或与口香糖团块一起共挤出。共挤出的层可具有相同或不同的密度和材料含量。然而，对于共挤出包衣的产生来说，重要的是包衣材料不限制口香糖部分的膨胀。围绕口香糖的包衣可以在口香糖膨胀之前、期间或之后被施加至口香糖。
[0056]图3示出了本发明的一个实施方式的方法的示意图。所述方法包括以下步骤:1)将包括聚合物的口香糖成分预混合(100)在一起以形成预混物并将所述预混物添加至装置中；2)在所述装置中将所述成分混合并熔融(101) ；3)将超临界二氧化碳注入(102)所述装置中并将CO2与所述成分混合以形成口香糖团块混合物；4)迫使(103)所述混合物通过成形器(例如，挤出机模具板区段)离开所述装置以形成口香糖块；5)冷却(104)膨胀的口香糖块；以及6)对所述膨胀的口香糖块进行包衣(105)。
[0057]用于制造本发明的充气口香糖的装置可为具有单螺杆、双螺杆、或者销和刀片设计的挤出机。优选的挤出机包括由德国Nuremburg的Leistritz Extrusionstechnik GMBH、德国 Stuttgart 的 Coperion GmbH(前身为 Werner&Pfleiderer, W&P)以及德国 Hanova 的Krauss Maffei制造的双螺杆挤出机。典型地，挤出机可被配置成允许将一种或多种成分(呈液体或干燥形式)引入至少一个端口中并具有螺杆或销与刀片配置，其有效混合并传送所述成分，同时填充和密封挤出机以防止CO2损失。
[0058]典型地，可使用重量损失式进料器或用于确保成分以适当比例一致性进料的其他机构将所述成分计量加入挤出机中。这样的进料器可直接将成分排出到挤出机的入口端口中，或者它们可以将成分沉积在能够将成分转移到入口端口中的槽、带或其他传送构件上。在一些情况下可能希望将干燥成分进行预掺混以简化进料过程。
[0059]在本发明的一个实施方式中，用于制造低密度口香糖的装置包括具有用于在过程早期引入干燥材料的区段和/或端口以及用于在添加干燥材料后将液体材料引入装置中的区段和/或端口的挤出机。
[0060]在本发明的一个实施方式中，装置(例如挤出机)具有允许将超临界二氧化碳添加(例如注入)到挤出机中的密封的SCF注入点，其在干燥和液体成分添加区段/端口的下游。所述SCF注入点可与位于挤出机轴上的混合(或反向)元件对应，所述混合(或反向)元件可有效混合SCF并将所述SCF溶解于混合的口香糖成分中。在本发明的一个实施方式中，通过使用如图4中所示的注射控制器来控制SCF的注入，这将在下文更详细地讨论。
[0061]在本发明的一个实施方式中，可向装置(例如挤出机)的排出端添加附加的螺杆元件。可以添加所述附加的螺杆元件以在挤出机与模具板之间的转移点处产生背压，从而防止二氧化碳从挤出机中泄漏。此外，所述附加的螺杆元件还确保了超临界二氧化碳与熔融的口香糖成分团块的完全混合。可选的螺杆配置也可能是有效的。
[0062]在本发明的一个实施方式中，可将成形器如挤出模具板区段连接至装置(例如挤出机)的排出端，其可辅助产生背压并控制挤出的团块在离开模具板后的直径和形状。优选的挤出模具板区段具有两个子区段；允许混合物容易地流动而不产生死点的圆锥形区段，然后是产生背压并改善出口开口处的切割的狭窄的圆柱形长度。模具板区段可具有在口香糖团块离开模具板区段之前或离开模具板区段时在所述口香糖团块上喷涂流体成分或喷撒干燥成分的构件。所述成分可包括但不限于调味剂、色素、活性剂、高强度甜味剂、增量剂、水、蜡、油、脂肪、巧克力或其组合。
[0063]在本发明的一个实施方式中，充气口香糖块还可以包括在产品离开装置(即挤出机)时通过共挤出而施加的包衣。可使用同心或层状模具装置将包衣层共挤出在口香糖上，共挤出在口香糖周围或与口香糖一起共挤出。共挤出的层可具有相同或不同的密度和成分含量。然而，重要的是包衣材料不限制口香糖的膨胀或在冷却后所述膨胀的维持。
[0064]在本发明的一个实施方式中，充气口香糖块可具有通过在流体材料中浸溃或涂裹口香糖块而施加的包衣，所述流体材料包括糖、糖醇、蜡、巧克力、调味剂、色素、活性剂、高强度甜味剂或其组合。涂裹过程可包括将口香糖块拖曳通过包衣材料池或包衣材料幕。
[0065]超临界二氧化碳的添加:重要的是将超临界二氧化碳以超临界流体形式引入挤出机中并混合到熔融的口香糖成分团块中以确保一致性膨胀产品制备。出于该原因，重要的是将二氧化碳维持在足够的压力下以维持这种物质的流体状态。优选地，在注射系统中将二氧化碳维持在至少5500kPa(800psi)以及优选至少7000kPa(IOOOpsi)的压力下。另一方面，重要的是不能对挤出机过度加压以防止破坏挤出机。出于该原因，希望挤出机内熔融的口香糖成分团块的压力在长时间内不超过14000kPa (2000psi)。不仅注射系统中过高的压力可以造成挤出机内这种过高的压力，而且过高的成分进料速率或不足的料筒温度(其提高了熔融团块的粘度)也可以造成挤出机内这种过高的压力。由挤出机中混合并熔融的口香糖成分团块的粘度和/或粘性引起的过高扭矩也可以造成挤出机中过高的压力。
[0066]二氧化碳通常在远低于维持其呈超临界流体所需压力的压力(约SOOpsi)下以压缩气体形式供应。出于该原因，通常有必要提供用于提高二氧化碳的压力的构件。这可通过使用例如US5，417，992和US5，120，559中所述的SCF注射泵系统来实现，所述文献特此以全文引用的方式并入，其引用程度为它们不会与本发明的说明相冲突。可适用于本发明的注射泵系统可获自American Leistritz, Somerville, NJ, USA。可选地，能够将二氧化碳增压至至少3000psi的高压泵、典型地为注射器泵可以用于将二氧化碳转化为超临界流体(SCF)状态并将其供应至被插入到挤出机料筒中的注射器。所述泵可获自TeledyneISCOj Lincoln Nebraska, USA0
[0067]SCF二氧化碳注射器本身包括控制SCF CO2进入到挤出机中的流速的限制装置。应该对它小心地进行设计以将可造成二氧化碳以气体形式膨胀的任何内部死空间降至最小。对于小规模加工来说，可能难以在维持足够压力以维持SCF状态的同时将流速限制在适当范围。小规模注射器的实例示于图4中。供应管线210将来自泵(未示出)的SCF CO2运送通过以螺纹方式拧入注射器主体230中的配件220。带有螺纹的插入件240借助于六角承窝245以螺纹方式拧入注射器主体230中。所述插入件的螺纹被经过测量的长度的PTFE带250缠绕，以通过允许SCF 二氧化碳泄漏穿过螺纹来控制流速。然后使SCF CO2穿过出口配件260中的出口通道270并穿过出口孔280并进入挤出机(未示出)中。通过使用较多或较少的PTFE带，可分别实现较低或较高的流速。应了解，配件220和260上的螺纹被充分密封(例如通过使用PTFE带的充分缠绕)以防止二氧化碳逃逸。在小规模制造(即小于0.5千克/分钟的生产速率)中，可能难以实现足够缓慢的二氧化碳流速。一种实现此举的方式是通过使用如图4中所示的装置。对于较大规模的操作来说，可用精密孔代替被带缠绕的插入件，或者可以在挤出机中构建多个精密孔。
[0068]最佳的超临界二氧化碳进料速率和压力取决于口香糖组合物的众多具体因素、制造设备以及成品的所需性质。一般来说，重要的是进料速率足够高以使膨胀的产品产生小于0.60cc/g并且优选小于0.50cc/g的密度，但不会高至引起产品在离开挤出机后爆裂，除非在低密度成品口香糖块上需要粗糙的外部质地。已经发现，以口香糖成分的重量计
0.5-3.0重量％ SCF 二氧化碳的注射率将产生令人满意的膨胀产品。然而，也可使用显著更高或更低的比率。注射率优选为口香糖成分的至少0.5重量％或至少I重量％。注射率优选小于口香糖成分的3重量％。作为合理的近似值，可假定在典型的挤出机/注射器温度下Iml SCF 二氧化碳等于lg。
[0069]下列实施例本质上为示例性的并且意欲不以任何方式限制本公开或所要求保护的发明的范围。
[0070]实施例
[0071]ff&P (Coper1n) ZSK25共旋转双螺杆挤出机配置如下:L/D = 53，螺杆速率60rpm ；切刀速度350挤出机区的设定温度50、80、120、120、100、80、60、55和55°C;模具的设定温度80°C;模具直径2.5模具L/D1/4。将干燥成分计量加入位于前3L/D上的开放端口中。甘油注射器位于第一密集混合区处。液体调味剂注射器位于第二密集混合区处。表1中给出了螺杆情况。应注意，长度和L/D位置为近似值。
【权利要求】
1.一种口香糖，其包含至少50重量％的聚合物、小于40重量％的增量剂与填充剂的组合，其中所述口香糖具有小于0.60g/cc的包封密度。
2.权利要求1的口香糖,其中所述口香糖包含至少60重量％的聚合物。
3.权利要求1的口香糖,其中所述口香糖包含至少70重量％的聚合物。
4.前述权利要求任一项的口香糖,其中所述聚合物包含亲水性聚合物。
5.前述权利要求任一项的口香糖，其中所述聚合物包含Tg大于30°C的聚合物。
6.前述权利要求任一项的口香糖，其中所述聚合物包含食品级聚合物。
7.前述权利要求任一项的口香糖，其中所述聚合物包含聚乙酸乙烯酯、乙酸乙烯酯-月桂酸乙烯酯共聚物或其组合。
8.前述权利要求任一项的口香糖，其中所述聚合物还包含聚乙烯。
9.前述权利要求任一项的口香糖，其包含0-5%的增量剂和填充剂中的至少一种。
10.前述权利要求任一项的口香糖，其还包含至少一种选自以下的增量剂或填充剂:糖、糖醇、果粉、碳酸钙、滑石、不溶性纤维、纤维素或其组合。
11.前述权利要求任一项的口香糖，其还包含调味剂。
12.权利要求11的口香糖，其中所述调味剂被封装。
13.前述权利要求任一项的口香糖，其还包含高强度甜味剂。
14.权利要求13的口香糖，其中所述高强度甜味剂被封装。
15.前述权利要求任一项的口香糖，其中所述口香糖还包含水胶体、蛋白质或其组合。
16.前述权利要求任一项的口香糖，其还包含润滑剂。
17.权利要求16的口香糖，其中所述润滑剂为石蜡、微晶蜡、蜂蜡、巴西棕榈蜡、牛脂、氢化牛脂、完全氢化植物油、部分氢化植物油或其组合。
18.前述权利要求任一项的口香糖，其中所述口香糖的包封密度小于0.50g/cc。
19.权利要求18的口香糖，其中所述口香糖的包封密度小于0.45g/cc。
20.权利要求19的口香糖，其中所述口香糖的包封密度小于0.40g/cc。
21.权利要求18、19或20的口香糖，其中所述口香糖的包封密度大于0.20g/cc。
22.前述权利要求任一项的口香糖，其中所述口香糖具有覆盖所述口香糖的外表面的至少一部分的包衣。
23.权利要求22的口香糖，其中所述包衣包含糖、糖醇、蜡、巧克力或其组合。
24.权利要求23的口香糖，其中所述包衣包含调味剂、色素、活性剂、酸、盐、高强度甜味剂或其组合。
25.一种制造口香糖的方法，其包括以下步骤:
将至少包含聚合物的成分引入挤出机中；
将超临界流体二氧化碳引入所述挤出机中；
操作所述挤出机以将所述成分与超临界二氧化碳混合；
以及将所述混合物挤出以产生低密度口香糖。
26.权利要求25的方法，其中所述聚合物包含聚乙酸乙烯酯、乙酸乙烯酯-月桂酸乙烯酯共聚物、聚乙烯或其组合。
27.权利要求25或26的方法，其中所述成分还包含稳定剂、增量剂、填充剂和润滑剂中的至少一种。
28.权利要求25-27任一项的方法，其中所述方法还包括将挤出的混合物切成块，然后将切块冷却。
29.权利要求28的方法，其还包括在冷却后对所述块进行包衣的步骤。
30.权利要求29的方法，其中使用糖或糖醇包衣对所述切块进行包衣。
31.权利要求25-30任一项的方法，其中所述超临界二氧化碳是以至少5500kPa的压力引入的。
32.权利要求31的方法，其中所述超临界二氧化碳是以至少7000kPa的压力引入的。
33.权利要求25-32任一项的方法，其中所述超临界二氧化碳是以所述成分的重量计至少0.5重量％的比率引入的。
34.权利要求25-33任一项的方法，其中所述超临界二氧化碳是以所述成分的重量计至少1.0重量％的比率引入的。
35.权利要求25-34任一项的方法，其中所述超临界二氧化碳是以所述成分的重量计小于3重量％的比率引入的。
36.权利要求25-35任一项的方法，其中将所述成分与所述超临界流体二氧化碳混合的时间段足以使所述超临界二氧化碳完全掺入到所述聚合物中。
37.权利要求25-36任一项的方法，其中所述口香糖具有小于0.60g/cc的包封密度，所述包封密度不将所述口 香糖上的任何包衣计算在内。
38.权利要求25-37任一项的方法，其中所述口香糖具有小于0.50g/cc的密度，所述包封密度不将所述口香糖上的任何包衣计算在内。
39.权利要求25-38任一项的方法，其中所述口香糖具有小于0.45g/cc的包封密度，所述包封密度不将所述口香糖上的任何包衣计算在内。
40.权利要求25-39任一项的方法，其中所述口香糖包含至少50重量％的聚合物。
41.权利要求25-40任一项的方法，其中所述口香糖包含小于40重量％的增量剂与填充剂的组合。
42.权利要求25-41任一项的方法，其中所述聚合物为食品级聚合物。
【文档编号】A23G4/18GKSQ
【公开日】日
申请日期:日
优先权日:日
【发明者】莫晓群, 唐纳德·A·赛尔斯泰德, 祖·H·宋
申请人:Wm. 雷格利 Jr. 公司}