使用高剪切部件擠出粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品的方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用 本申請要求2012年12月14日提交的美國臨時申請No. 61/737,470的優(yōu)先權(quán)和任何 權(quán)益，其整體內(nèi)容以其整體并入作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開涉及使用內(nèi)部高剪切部件制造粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品的擠出機和相關(guān)擠出方法，更 具體地涉及設(shè)計成提供用于生產(chǎn)粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品的穩(wěn)定乳液的擠出機和相關(guān)擠出方法。
[0003] 背景 目前熟知用于嬰兒、兒童和成人的各種營養(yǎng)或疾病的特定應(yīng)用的營養(yǎng)配方。
[0004] 這些配方最通常包含調(diào)節(jié)成適合需要的使用者的營養(yǎng)需要的蛋白質(zhì)、糖、脂質(zhì)、維 生素、礦物質(zhì)和其他營養(yǎng)素的平衡，并包括產(chǎn)品形式例如可復(fù)水粉末、即食型液體、可稀釋 液體濃縮物、營養(yǎng)棒等。
[0005] 粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品，包括粉狀嬰兒配方和粉狀成人營養(yǎng)產(chǎn)品，通常包含約0.5%至約 35%(以重量計）脂肪。為了獲得在生產(chǎn)期間包裝穩(wěn)定（即不經(jīng)歷顯著的氧化和酸?。┎⑶?當(dāng)復(fù)水時沒有顯著脂肪分離的最終產(chǎn)品，通常將脂肪組分剪切成粒度為約〇. 1-100微米的 球粒，同時乳化具有水合蛋白質(zhì)的經(jīng)剪切的脂肪球粒(含有或不含其它附加乳化劑)。
[0006] 常規(guī)通過生產(chǎn)高固體水漿液（即30%至60%總固體)并通過位于擠出機外部的均化 壓力為1500至4500 psig的高壓均化器泵送該漿液完成該剪切和乳化。然后，通常將所述 漿液蒸發(fā)成約45%至60%總固體并進行噴霧干燥。這通常在儲存期間產(chǎn)生不經(jīng)歷實質(zhì)氧化 的穩(wěn)定脂肪并且容易復(fù)水。
[0007] 盡管擠出機和相關(guān)方法已知為顯著最小化所需的水和能量的量并能夠生產(chǎn)可以 干燥和研磨成粉狀材料的球?；蚪Y(jié)塊的高效方法，使用常規(guī)處理部件的擠出機和相關(guān)方法 迄今為止一般尚未用于生產(chǎn)生產(chǎn)粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品所需的乳液，因為一般現(xiàn)有的擠出機和相關(guān) 方法未知始終生產(chǎn)出于商業(yè)目的足夠穩(wěn)定的具有脂肪乳液的成品粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品而不使用 擠出機外部的另外的設(shè)備生產(chǎn)乳液。一般未知使用常規(guī)處理部件的擠出機和相關(guān)方法能夠 在擠出機本身內(nèi)充分乳化粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品所需的脂肪。在擠出之前在沒有脂肪球粒的合適乳 化的情況下，所述脂肪在儲存期間經(jīng)歷氧化和酸敗并在復(fù)水期間經(jīng)歷脂肪分離。
[0008] 盡管已經(jīng)生產(chǎn)和使用各種擠出機和相關(guān)方法，但據(jù)信在本發(fā)明人之前沒有人生產(chǎn) 或使用本文所述的發(fā)明。
[0009] 概沭 公開了在擠出機內(nèi)生產(chǎn)粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品的乳液和擠出物的方法。生產(chǎn)乳液的方法包括如 下步驟：a)提供擠出機，其中該擠出機包括i)機筒，和ii)位于所述機筒內(nèi)的高剪切部 件；b)遞送第一部分成分至所述高剪切部件；和c)通過經(jīng)由所述高剪切部件處理第一部分 成分乳化所述第一部分成分以生產(chǎn)乳液，其中在乳化之前所述第一部分成分包含漿液。生 產(chǎn)擠出物的方法還包括如下步驟：d)通過用于所述第二部分成分的進料機將第二部分成 分遞送至所述機筒中；e)合并所述乳液和所述第二部分成分以形成擠出物；和f)通過所述 擠出區(qū)段處理所述擠出物。
[0010] 附圖的簡要描沐 盡管說明書以具體指明并清楚要求保護本發(fā)明的權(quán)利要求書結(jié)束，但據(jù)信本發(fā)明從 某些實施例的以下描述連同附圖更好地理解，其中類似的附圖標記識別相同的部件并且其 中： 圖1描繪了示例性擠出機的空心塊，其中混合部件位于所述擠出機機筒內(nèi)； 圖2描繪了圖1的擠出機的側(cè)視截面圖，其中所述擠出機包括單螺桿擠出機； 圖3描繪了圖1的擠出機的側(cè)視截面圖，其中所述擠出機包括雙螺桿擠出機； 圖4描繪了替代的示例性擠出機的空心塊，其中混合部件位于所述擠出機機筒外； 圖5描繪了圖4的擠出機的側(cè)視截面圖，其中所述擠出機包括單螺桿擠出機； 圖6描繪了圖4的擠出機的側(cè)視截面圖，其中所述擠出機包括雙螺桿擠出機； 圖7描繪了一對示例性剪切圓盤的前視立體圖； 圖8描繪了圖7的一對剪切圓盤的前視圖； 圖9描繪了分別安裝在一對中心軸上的圖7的一對剪切圓盤的前視立體圖； 圖10是在第一組分析期間在25小時階段在環(huán)境照明下拍攝的樣品403A的照片； 圖11是在第一組分析期間在25小時階段在斜光照明下拍攝的樣品403A的照片； 圖12是在第一組分析期間在25小時階段在環(huán)境照明下拍攝的樣品403B的照片； 圖13是在第一組分析期間在25小時階段在斜光照明下拍攝的樣品403B的照片； 圖14是在第一組分析期間在25小時階段在環(huán)境照明下拍攝的樣品408A的照片； 圖15是在第一組分析期間在25小時階段在斜光照明下拍攝的樣品408A的照片； 圖16是在第一組分析期間在25小時階段在環(huán)境照明下拍攝的樣品408 B的照片； 圖17是在第一組分析期間在25小時階段在斜光照明下拍攝的樣品408 B的照片； 圖18是在第二組分析期間在25小時階段在環(huán)境照明下拍攝的染色樣品403A的照片； 圖19是在第二組分析期間在25小時階段在斜光照明下拍攝的染色樣品403A的照片； 圖20是在第二組分析期間在25小時階段在環(huán)境照明下拍攝的染色樣品403B的照片； 圖21是在第二組分析期間在25小時階段在斜光照明下拍攝的染色樣品403B的照片； 圖22是在第二組分析期間在25小時階段在環(huán)境照明下拍攝的染色樣品408A的照片； 圖23是在第二組分析期間在25小時階段在斜光照明下拍攝的染色樣品408A的照片； 圖24是在第二組分析期間在25小時階段在環(huán)境照明下拍攝的染色樣品408 B的照 片；和 圖25是在第二組分析期間在25小時階段在斜光照明下拍攝的染色樣品408 B的照片。 [0011] 附圖并非意在以任何方式限制，并且預(yù)期本發(fā)明的各種實施方案可以各種其他方 式包括并非在附圖中必須描繪的那些進行。并入和形成說明書的一部分的附圖示例本發(fā)明 的幾方面，并與說明書一起充當(dāng)解釋本發(fā)明的原理；然而，理解為本發(fā)明并非限制到所示的 精確安排。
[0012] 具體描沐 本公開的擠出機和相關(guān)方法涉及通過經(jīng)由位于該擠出機內(nèi)的高剪切部件處理成分的 至少一部分制備營養(yǎng)粉狀產(chǎn)品。在后文中詳細描述各種實施方案的要素或特征。
[0013] 本文使用的術(shù)語"粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品"通常是指營養(yǎng)制劑，其是為嬰兒、兒童或成人設(shè) 計成含有足夠蛋白質(zhì)（其可以為完整蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)水解物、或組合或完整蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì) 水解物兩者)、糖、脂肪、維生素、礦物質(zhì)、和其他營養(yǎng)素以當(dāng)以足夠的量提供時能夠充當(dāng)唯 一的營養(yǎng)源。術(shù)語"粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品"包括粉狀嬰兒配方、粉狀幼兒配方、粉狀成人營養(yǎng)產(chǎn)品、 和一般的粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品。
[0014] 本文使用的術(shù)語"粉狀嬰兒配方"包括粉狀嬰兒配方和粉狀幼童配方，其中嬰兒配 方適用于最多約1歲的嬰兒，幼童配方適用于約1歲至約10歲的兒童。
[0015] 本文使用的術(shù)語"粉狀成人營養(yǎng)產(chǎn)品"包括一般保持或改進成人健康的配方，并包 括設(shè)計為需要控制他們血糖的成人的那些配方。
[0016] 本文使用的術(shù)語"營養(yǎng)粉"，除非另外指明，否則是指可以在消耗之前用水或另一 含水液體復(fù)水的可流動或可圉取形式的營養(yǎng)產(chǎn)品，并包括噴霧干燥和干混合/干共混粉末 或噴霧干燥與干混合/干共混粉末的組合。
[0017] 本文使用的"熔化"是指轉(zhuǎn)變成液態(tài)，其中對于一種組分可以均勻嵌入其他組分 中。熔化通常涉及在高于材料的熔點下加熱。
[0018] 本文使用的術(shù)語"即食型"，除非另外指明，否則是指適合給予嬰兒、兒童或成人的 液體形式的配方，包括復(fù)水粉末、稀釋濃縮物和制成的液體。
[0019] 本文中使用的術(shù)語"保質(zhì)期"是指產(chǎn)品的商業(yè)可用壽命，在其之后產(chǎn)品不適宜或不 期望出售、消耗或兩者。
[0020] 本文使用的術(shù)語"穩(wěn)定的"是指粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品，其在復(fù)水成指定濃度并在冷藏條件 下保持24小時然后使其溫?zé)嶂潦覝?小時之后不呈現(xiàn)出明顯乳油化或游離油。
[0021] 本文使用的術(shù)語"乳油化"是指在油中比其余液體更高的層，其具有比其余液體更 低的密度，從而使其升高至液體頂部。
[0022] 本文使用的術(shù)語"游離油"是指密度低于乳脂或其余液體的大部分油的層，從而使 其升高至液體頂部或至乳脂層頂部(如果存在一者)。
[0023] 本文使用的術(shù)語"處理部件"是指可以安裝在擠出機的一個或多個中心軸上的捏 合部件、混合部件、Z部件、T部件、和/或傳送部件。
[0024] 本文使用的全部百分比、份數(shù)和比率以總組合物的重量計，除非另外指明。涉及所 列舉成分的全部此類重量都基于活性物含量，因此不包括可以包含在商購材料中的溶劑或 副產(chǎn)品，除非另外指明。本文使用的全部數(shù)字范圍，無論是否由術(shù)語"約"明確修飾，都意在 并理解為由該術(shù)語修飾，除非另外指明。
[0025] 本文使用的數(shù)字范圍意在包括該范圍內(nèi)所含的每個數(shù)字和數(shù)字子集，無論是否具 體公開。此外，這些數(shù)字范圍應(yīng)該理解成為涉及該范圍內(nèi)的任何數(shù)字或數(shù)字子集的權(quán)利要 求提供支持。例如，1至10的公開應(yīng)該理解為支持2至8、3至7、5至6、1至9、3. 6至4. 6、 3. 5至9. 9等的范圍。
[0026] 本發(fā)明的單數(shù)特征或限制涉及的全部內(nèi)容包括相應(yīng)的復(fù)數(shù)特征或限制，反之亦 然，除非另外通過提及的上下文明確指明或清楚暗示相反含義。
[0027] 本申請中引用的全部文件(專利、專利申請和其他公開）以其整體并入本文作為參 考。
[0028] 本文公開的粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品也可以基本上不含本文所述的某些成分或特征，條件是 其余配方仍含有本文所述的全部所需成分或特征。在上下文中，術(shù)語"基本上不含"是指所 選組合物含有少于功能量的任選成分，通常少于約0. 1重量％，并還包括O重量％的此類任 選或所選必需成分。
[0029] 本公開的粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品和相應(yīng)的制備方法可以包括、由或基本上由本文所述公開 的必需要素、步驟和限制以及本文所述的或以另外方式在粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品應(yīng)用中使用的任何 另外的或任選成分、組分、步驟、或限制構(gòu)成。
[0030] 產(chǎn)品形式 使用本公開的高剪切部件擠出機和相關(guān)方法生產(chǎn)的產(chǎn)品為粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品通 常與水或另外的液體混合并在使用前復(fù)水。
[0031] 本公開的產(chǎn)品一般具有約2%至約5%(以重量計）、或甚至約2%至約4%(以重量 計）、或甚至約2%至約3% (以重量計）、或甚至約2. 5%至約3% (以重量計）的水分含量。所 需的最終水分可以通過特定制劑確定從而具有約0. 86或更少的水活度從而成為微生物穩(wěn) 定的。
[0032] 本公開的粉狀產(chǎn)品優(yōu)選具有以粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品的重量計少于約5%、優(yōu)選少于約3%、 或更優(yōu)選少于約2%、或甚至更優(yōu)選少于約1%的游離脂肪含量。通過限定粉狀產(chǎn)品的游離脂 肪含量，隨著產(chǎn)品較不容易酸敗而延長保質(zhì)期。另外，通過限制粉狀產(chǎn)品的游離脂肪含量， 該產(chǎn)品可以容易地復(fù)水而沒有明顯的脂肪分離。
[0033] 本公開的產(chǎn)品可以通常具有至少約3個月、或至少約4個月、或至少約5個月、或 至少約12個月、或至少約18個月、或至少約36個月，包括約6至約36個月的保質(zhì)期。 [0034] 本公開的產(chǎn)品可以與足夠種類和量的營養(yǎng)素一起配制，從而提供唯一的、主要的、 或補充的營養(yǎng)源，或提供用于患有特定疾病或病癥的個體的專門營養(yǎng)制劑。
[0035] 大量營養(yǎng)素 本公開的粉狀產(chǎn)品至少包含脂肪、蛋白質(zhì)和糖。通常，已知或否則適用于粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品 的脂肪、蛋白質(zhì)和糖源也可以適用于本文，條件是此類大量營養(yǎng)素還與本文定義的營養(yǎng)制 劑的必需要素相容。
[0036] 盡管脂肪、蛋白質(zhì)和糖的總濃度或量可以根據(jù)需要的使用者的營養(yǎng)需要變化，但 此類濃度或量最通常落入以下實施方案范圍之一內(nèi)，包括本文所述的任何其他必需脂肪、 蛋白質(zhì)和/或糖成分。
[0037] 趙 本公開的粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品可以包含糖源。
[0038] 當(dāng)粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品為粉狀嬰兒配方時，糖組分以粉狀嬰兒配方重量計約30%至約 85%，包括約45%至約60%，包括約50%至約55%的量存在。糖源可以為安全并有效用于口服 并與所選產(chǎn)品形式的必需和其他成分相容的任何已知或另外合適的源。
[0039] 當(dāng)粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品為粉狀成人營養(yǎng)產(chǎn)品時，糖組分以粉狀成人營養(yǎng)產(chǎn)品重量計約5% 至約60%，包括約7%至約40%，包括約10%至約25%的量存在。糖源可以為安全并有效用于 口服并與所選產(chǎn)品形式的必需和其他成分相容的任何已知或其他合適的源。
[0040] 用于粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品的合適的糖和糖源包括辛烯基琥珀酸酐（OSA)淀粉、甘油、蔗 糖、糊精、麥芽糖糊精、樹薯粉麥芽糖糊精、玉米糖漿、樹薯粉糖漿、異麥芽酮糖、舒克曼、乳 糖、果糖、半乳糖、未水解和部分水解樹膠(包括阿拉伯樹膠，也稱為金合歡膠、黃原膠、黃蓍 膠和瓜爾豆膠）兩者、植物纖維、葡萄糖、麥芽糖、煮熟和未煮熟的蠟狀和非蠟狀玉米淀粉、 煮熟和未煮熟的蠟狀和非蠟狀樹薯淀粉、煮熟和未煮熟的蠟狀和非蠟狀稻米淀粉、煮熟和 未煮熟的蠟狀和非蠟狀馬鈴薯淀粉、半乳寡糖（GOS)、果寡糖（FOS)包括短鏈、中長鏈、和長 鏈果寡糖、α-乳糖、β-乳糖、聚葡萄糖、塔格糖、和其組合。上文列舉的淀粉包括天然的、 化學(xué)改性的或這兩種模式。
[0041] 其他合適的糖包括任何食用纖維或纖維源，其非限制性實例包括不溶性食用纖維 源，例如燕麥外殼纖維、豌豆外殼纖維、大豆外殼纖維、大豆子葉纖維、甜菜纖維、纖維素、微 晶纖維素、玉米糠、稻米糠、小麥糠、燕麥糠、大麥糠、和其組合。
[0042] 用于營養(yǎng)制劑的糖可以因此包括可溶性纖維、不溶性纖維、或這兩者、或其他復(fù)合 糖，優(yōu)選具有低于約40,包括低于20,并包括1至10的值的DE (右旋糖當(dāng)量）值。
[0043] 脂肪 本公開的粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品可以包含脂肪或脂肪源。
[0044] 當(dāng)粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品為粉狀嬰兒配方時，脂肪組分以粉狀嬰兒配方重量計約10%至約 35%，包括約22%至約30%，包括約23%至約28%的量存在。脂肪可以為安全并有效用于口服 并與所選產(chǎn)品形式的必需和其他成分相容的任何已知或其他合適的源，包括植物和動物源 兩者，例如?？苿游?、水牛和其他哺乳動物源的乳脂。除了植物油例如玉米油、大豆油、椰子 油、棕櫚油精和棕櫚仁油精之外，植物源可以包括谷粒，例如紅花和菜籽。
[0045] 當(dāng)粉狀營養(yǎng)擠出產(chǎn)品為粉狀成人營養(yǎng)產(chǎn)品時，脂肪組分以粉狀成人營養(yǎng)產(chǎn)品重量 計約0. 5%至約25%，包括約1%至約10%，還包括約2%至約5%的量存在。脂肪可以為安全 并有效用于口服并與所選產(chǎn)品形式的必需和其他成分相容的任何已知或其他合適的源。
[0046] 合適的脂肪或脂肪源包括椰子油、大豆油、橄欖油、高油酸紅花或高油酸葵花油、 紅花油、葵花油、玉米油、棕櫚油精、棕櫚仁油精、菜籽油、triheptanoin、乳脂包括黃油、其 任何動物脂肪或部分、包含二十二碳六烯酸（DHA)、二十碳五烯酸（EPA)或兩者的來自乳 月旨、魚或甲殼類動物油的磷脂、包含二十二碳六烯酸（DHA)、二十碳五烯酸（EPA)或兩者的 來自魚或甲殼類包括磷蝦的磷脂、來自海生、植物或菌類源的DHA和/或EPA的濃縮物、來 自菌類或其他源的花生四烯酸（ARA)濃縮物、α -亞麻酸濃縮物（ALA)(亞麻籽油、磷脂質(zhì)和 其部分，包括大豆卵磷脂和蛋卵磷脂)、來自植物和動物源的部分水解和未水解甘油單酯和 /或甘油二脂或甘油單酯和甘油二脂的混合物、植物固醇和含有植物固醇的化合物、二乙酰 基酒石酸的甘油單酯和甘油二酯（DATEM)、和其組合。
[0047] 蛋白質(zhì) 本公開的粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品可以包含蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)源。
[0048] 當(dāng)粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品為粉狀嬰兒配方時，蛋白質(zhì)組分以粉狀嬰兒配方重量計約5%至 約45%，包括約8%至約25%，包括約10%至約12%的量存在。所述蛋白質(zhì)可以為安全和有效 用于口服并與所選產(chǎn)品形式的必需和其他成分相容的任何已知或其他合適的源。
[0049] 當(dāng)粉狀營養(yǎng)產(chǎn)品為粉狀成人營養(yǎng)產(chǎn)品時，蛋白質(zhì)組分以粉狀成人營養(yǎng)產(chǎn)品重量計 約5%至約45%，包括約8%至約25%，還包括約15至約25%的量存在。所述蛋白質(zhì)可以為安 全和有效用于口服并與所選產(chǎn)品形式的必