干涂食品颗粒或包封冷冻液体颗粒的方法

                        发明领域

公开了一种用液体涂料干涂最大直径为0.5-20.0mm的食品颗粒的 方法。已涂覆的食品颗粒的水分含量与未涂覆的食品颗粒的水分含量 基本相同。还公开了一种用液体涂料包封尺寸为5微米至5毫米的冷 冻液体颗粒的方法。

                        背景技术

大量食品是在带有表面涂层的情况下出售的，从而提高产品的价 值。这些涂覆的食品的实例包括但不限于快餐食品、谷类食品、食品 调料，以及食物链中的许多其它部分。许多这些产品通过用甜味剂、 调味剂或其它能改进产品的添加剂涂覆食品基质(例如谷类食品)来 生产。

待涂覆的食品通常先浸没或分散在液体中以进行涂覆，从而产生 了难以回收固体的问题，并产生大量废料流。此外，涂覆后的产品的 水分含量通常比未涂覆产品的水分含量高。因此，必须从液体中分离 出涂覆的颗粒，然后干燥，以便回收颗粒。

在1997年3月6日公开的WO 97/07879(授予E.I.du Pont de Nemours and Company)中描述了用于涂覆小固体颗粒(例如粉状或 颗粒状材料)的设备和方法。该方法包括将含有涂料的液体组合物计 量加入限流器中，其中该液体组合物是溶液、浆料或熔体，并在计量 加入液体组合物的同时，将气体料流注射通过限流器，从而在限流器 出口形成湍流区，进而将液体组合物雾化。气体料流在被注射通过限 流器之前经过加热。在计量加入液体组合物和注射经加热的气体的同 时，将固体颗粒加入湍流区，从而将固体颗粒与雾化的液体组合物混 合。湍流区内的混合实现了用涂料涂覆固体颗粒。

WO 97/07676(授予E.I.du Pont de Nemours and Company)公 开了WO 97/07879的装置，以及该装置在涂覆作物保护性固体颗粒的方 法中的用途。涂料是水不溶性的，涂层厚度由百分比而不是厚度表示。

美国专利6015773(Wysong等人，2000年1月18日颁发)描述 了一种作物保护组合物，包含用水不溶性涂料涂覆的直径为0.5-50微 米的单核作物保护性固体颗粒。该组合物通过使涂覆的颗粒基本上不 聚结的方法制备。

                        发明概述

本发明涉及用液体涂料干涂尺寸为0.5-20.0mm的食品颗粒的方 法，该方法包括以下步骤：

(a)将液体涂料计量加入限流器；

(b)在进行步骤(a)的同时将气体料流注射通过限流器，以便 在限流器出口处形成湍流区，从而将液体涂料雾化，其中该气体料流 任选被加热；和

(c)在进行步骤(a)和(b)的同时，将食品颗粒加入到湍流区， 从而将食品颗粒与雾化的液体涂料混合，其中在湍流区的混合作用实 现了用液体涂料涂覆食品颗粒，其中已涂覆的食品颗粒的水分含量基 本上与未涂覆的食品颗粒的水分含量相同。

在第二个实施方案中，本发明的方法进一步包括至少重复一次步 骤(a)-(c)，其中液体涂料是相同或不同的。

本发明的方法可以用于涂覆尺寸为0.5-20.0mm的食品颗粒，例如 谷类食品、快餐食品、烘烤食品、煎炸食品、挤压成形食品、健康食 品、宠物食品或动物饲料。

本发明还可以用液体涂料进行，该液体涂料包含甜味剂、食品调 味剂或增味剂、食用色素、蛋白质、食品芳香剂、防结块剂、湿润剂、 抗微生物剂、抗氧化剂、表面改性剂、营养补充剂、碳水化合物、脂 类或矿物质。

在另一个实施方案中，本发明涉及一种用液体包封材料包封尺寸 为5微米至5毫米的冷冻液体颗粒的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将液体包封材料计量加入限流器；

(b)在进行步骤(a)的同时将气体料流注射通过限流器，以便 在限流器出口处形成湍流区，从而将液体包封材料雾化，其中该气体 料流任选被加热；和

(c)在进行步骤(a)和(b)的同时，将冷冻液体颗粒加入到湍 流区，从而将冷冻液体颗粒与雾化的液体包封材料混合，其中在湍流 区的混合包封了冷冻液体颗粒。

冷冻液体颗粒包括水溶液或非水溶液、纯物质、乳液或浆料。

液体包封材料包含甜味剂、食品调味剂或增味剂、食用色素、食 品芳香剂、防结块剂、湿润剂、抗微生物剂、抗氧化剂、表面改性剂、 水分阻隔剂、保质期延长剂、风味保持剂、蛋白质、营养补充剂、碳 水化合物、脂类、聚合物或矿物质。

还涉及通过至少一种本发明方法制备的经涂覆的食品颗粒或经包 封的颗粒。

                        发明详述

在这里涉及的所有专利、专利申请和出版物全部引入供参考。

在本公开内容中，将使用许多术语。

术语“涂覆”在这里表示用一层涂料覆盖颗粒。这种覆盖并非必 须是均匀的，也不是整个表面都必须被覆盖。这里使用的术语“干涂” 表示一种涂覆方法，其中待涂覆的颗粒以其干燥形式被涂覆，该方法 不需要在涂覆之前将颗粒分布在连续的液相中，在该方法结束时，相 对于未涂覆的形式而言，颗粒的水分没有显著增加。这里使用的术语 “涂覆”和“干涂”可以互换使用。

这里使用的术语“包封”是指一种完全涂覆固体颗粒的方法，使 得在颗粒在低于涂料或包封材料的熔融或降解温度的温度下为液体或 固体形式时的条件下，涂料将包裹颗粒，和其中涂料保持与它所包封 的液体分开。

这里使用的术语“水分含量”是指水分的量，例如在涂覆之前或 之后在食品颗粒中存在的水或溶剂。

这里使用的术语“尺寸”是指正在涂覆或包封的颗粒的最长直径 或最长轴。

本发明涉及用液体涂料干涂最大直径为0.5-20.0mm的食品颗粒 的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将液体涂料计量加入限流器；

(b)在进行步骤(a)的同时将气体料流注射通过限流器，以便 在限流器出口处形成湍流区，从而将液体涂料雾化，其中该气体料流 任选被加热；和

(c)在进行步骤(a)和(b)的同时，将食品颗粒加入到湍流区， 从而将食品颗粒与雾化的液体涂料混合，其中在湍流区的混合作用实 现了用液体涂料涂覆食品颗粒，其中已涂覆的颗粒的水分含量基本上 与未涂覆的颗粒的水分含量相同。

在另一方面，上述方法进一步包括至少重复一次步骤(a)-(c)， 其中液体涂料是相同或不同的。因此，食品颗粒例如可以用液体涂料 的混合物干涂，液体涂料的混合物例如是蔗糖和脂肪、明胶和脂肪、 明胶和蔗糖、蜡和蔗糖、脂肪和其它甜味剂、脂肪和盐，和其它调味 剂等，从而能使调味剂、色素、香料等的独特组合物涂覆到颗粒上。 这样涂覆的多层涂层能获得独特设计的具有所需颜色、味道和新鲜感 的食品颗粒；各涂层能保持其初始完整性和功能，这是因为涂覆到干 食品颗粒上的后续各层的混合程度最小。

另外，食品颗粒可以进一步用相同的液体涂料涂覆多次，使得所 述方法能获得具有特定控制厚度的涂料的食品颗粒。用相同的液体涂 料涂覆多次的食品颗粒可以以连续方式涂覆，或以间歇方式涂覆。还 可以通过以连续方式从第一装置出料向第二装置进料来向食品颗粒提 供多层涂层。

本发明方法具有许多优点。申请人相信本发明方法比目前实施的 食品涂覆方法(通常取决于喷雾干燥技术)更节约成本。此外，在一 个特别重要的方面，本发明方法能灵活地作为连续方法操作，或作为 间歇方法操作，同时容易地改变分批体积和间歇时间。此外，由于是 干涂法，使整体的食品质量得到改进，其中在食品颗粒经过本发明装 置的相同路径进行液体涂覆和干燥步骤。因此，液体在颗粒上的停留 时间缩短，使得受微生物污染的几率减少。整体食品质量的改进还在 于，在该方法过程中，观察到已经过本发明方法涂覆的食品颗粒能保 持它们的形态、结构完整性和粒度。重要的是，涂覆的食品颗粒的初 始水分含量在该方法过程中基本上没有改变。也就是说，未涂覆的食 品颗粒的水分含量基本上与涂覆后的食品颗粒的水分含量相同。希望 该方法得到这样的最终涂覆颗粒，它没有损失水分而显得太干燥，或 具有额外的水分而变得湿润、潮湿或聚集。

在本发明设备和方法的操作中固有的灵活性使得能生产高质量的 涂覆食品颗粒，它具有仔细控制的和独特的特性。例如，涂料液体的 浓度值、固体颗粒进料和液体涂料进料的流速、液体进料与固体进料 的比例，以及气体料流的温度和速度都可以容易地改变，以得到具有 特定所需特性的涂覆食品颗粒。

任何尺寸为0.5-20.0mm的食品颗粒可以使用本发明方法来干 涂。这种颗粒的例子包括但不限于谷类食品、快餐食品、烘烤食品、 煎炸食品、健康食品、宠物食品或动物饲料。

谷类食品是从加工谷物获得的食品。谷物包括任何来源于能得到 可食用谷物(种子)的草类中的植物。最常见的谷物是大麦、玉米、 粟、燕麦、奎藜籽、稻、黑麦、高粱、黑小麦、小麦和野稻。谷类食 品的例子包括但不限于全谷、碎谷、粗面粉、面粉、糠、芽胞、早餐 谷物、挤压成形食品、面团等。

烘烤食品包括任何上述谷类食品，它们经过烘烤或按照与烘烤相 当的方式加工，即通过加热干燥或硬化。烘烤食品的例子包括但不限 于面包屑、烘烤快餐、小饼干、小脆点心、小甜点和小脆饼干。

方便食品包括任何上述或下述食品。

煎炸食品包括任何上述或下述已经过煎炸的食品。

健康食品是任何能赋予健康益处的食品。许多来源于含油种子的 食品可以认为是健康食品。可以提到大豆、亚麻籽、芝麻籽、南瓜籽、 葵花子，或从这些种子加工的食品，或引入这些食品中。例如，可以 提到豆块和豆类坚果。除了来自含油种子的食品以外，可以提到来自 水果的食品，例如水果块、干的浆果等。

宠物食品是喂给宠物，例如狗、猫、鸟、两栖动物、鱼、啮齿动 物等的食品。这些产品可包括上述谷类食品和健康食品，以及肉和肉 类副食品，草和干草食品，包括但不限于紫花苜蓿、牧草、燕麦或雀 麦草等。

动物饲料是喂给动物，例如火鸡、鸡、牛和猪等的食品。与上述 宠物食品一样，这些产品可包括上述谷物和健康食品、肉和肉类副食 品，草和干草食品。

适用于干涂食品颗粒的液体涂料将取决于预期的应用。例如，如 果食品颗粒要用于人类食用，则液体涂料应该通常认为应是安全的 (“GRAS”)。如果食品颗粒要掺入宠物食品或动物饲料，则其它液 体涂料可以是合适的。

GRAS涂料的例子包括但不限于甜味剂例如蔗糖或麦芽糖糊精的溶 液，蛋白质例如玉米蛋白、干酪素、明胶、豆蛋白、乳清蛋白质的溶 液，脂肪例如氢化豆油的溶液，或无机材料例如氯化钠的溶液，或例 如二氧化钛的材料在水中的浆料。

在本发明方法中可以使用的其它液体涂料可以包括甜味剂、食品 调味剂或增味剂、食用色素、食品芳香剂、防结块剂、湿润剂、抗微 生物剂、抗氧化剂、表面改性剂、营养补充剂、蛋白质、碳水化合物、 脂类或矿物质。

甜味剂的例子包括但不限于糖的替代物，例如糖精、环己基氨基 磺酸钠、莫那灵、沙马汀、curculin、神秘果素、甜菊苷、叶甘素、 甘草甜、硝基苯胺、二氢查尔酮、甘素、suosan、胍、肟、噁噻嗪酮 二氧化物、天冬甜素、天门冬酰丙氨酸酯等。还可以提到单糖和低聚 糖。单糖的例子包括但不限于半乳糖、果糖、戊糖、山梨糖、agatose、 塔格糖和木糖。作为低聚糖，可以提到蔗糖、乳糖、乳果糖、麦芽糖、 异麦芽糖、maltulose、蔗糖和海藻糖。其它也可以使用的甜味剂包括 但不限于高果糖玉米糖浆。

食品调味剂或增味剂的例子包括但不限于谷氨酸一钠、麦芽酚、 5’-单核苷酸，例如肌苷等。

食用色素的例子包括但不限于酒磺、核黄素、姜黄色素、玉米黄 质、β-胡萝卜素、胭脂树橙、番茄红素、斑蝥素、虾青素、β-脱辅 基-8’-胡萝卜醇、淡红、苋菜红、丽春红4R(E124)、胭脂红(E120)、 花青素、赤藓红、Red 2G、靛蓝胭脂红(E132)、专利蓝V(E131)、 亮蓝、叶绿素、叶绿酸铜配合物、Green S(E142)、Black BN(E151) 等。

食品芳香剂的例子包括但不限于羰基化合物、吡喃酮、呋喃酮、 硫醇、硫醚、二硫化物和三硫化物、噻吩、噻唑、吡咯、吡啶、吡嗪、 酚、醇、烃类、酯类、内酯类、萜烯、挥发性硫化合物等。

防结块剂的例子包括但不限于钠、钾、钙的六氰基铁酸盐(II)， 硅酸钙，硅酸镁，磷酸三钙、碳酸镁等。

湿润剂的例子包括但不限于1，2-丙二醇、甘油、甘露醇、山梨醇 等。

抗微生物剂的例子包括但不限于苯甲酸、PHB酯、山梨酸、丙酸、 乙酸、亚硫酸钠和偏二亚硫酸钠、焦碳酸二乙酯、环氧乙烷、环氧丙 烷、亚硝酸盐、硝酸盐、抗生素、联苯、邻苯基苯酚、噻唑苯并咪唑 (thiabendazole)等。

抗氧化剂的例子包括但不限于生育酚、2，6-二叔丁基对甲酚 (BHT)、叔丁基-4-羟基茴香醚(BHA)、丙基镓酸盐、辛基镓酸盐、 十二烷基镓酸盐、乙氧基喹、棕榈酸抗坏血酸基酯、抗坏血酸等。

表面改性剂的例子包括但不限于单甘油酯、二甘油酯及其衍生 物，糖酯、山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨醇酯、硬脂基-2-乳酸酯等。

营养补充剂的例子包括但不限于维生素类，包括脂溶性维生素， 包括视黄醇(vit A)、钙化醇(vit D)、生育酚(vit E)、维生 素K1(vit K1)；水溶性维生素，包括硫胺素(vit B1)、核黄素(vit B2)、吡哆素(vit B6)、烟酰胺(烟酸)、泛酸、生物素、亚叶酸、 氰钴胺素(vit B12)、抗坏血酸(vit C)、多不饱和脂肪酸(PUFA) 等。

在液体涂料中可以使用的其它碳水化合物包括多糖，例如琼脂、 藻酸盐、角叉胶、红藻胶、阿拉伯胶、印度胶、黄芪树胶、刺梧桐树 胶、瓜拉那胶、刺槐豆胶、罗望子粉、阿拉伯半乳聚糖、果胶、淀粉、 改性淀粉、糊精、纤维素、纤维素衍生物、半纤维素、黄原胶、 scleroglucan、葡聚糖、聚乙烯吡咯烷酮等。

脂类的例子包括但不限于饱和和不饱和的脂肪酸，单酰基甘油、 二酰基甘油和三酰基甘油，磷脂、二糖脂、磷脂酰衍生物、甘油二糖 脂、鞘脂、脂蛋白、二醇脂、蜡、角质等。

矿物质的例子包括但不限于钠、钾、镁、钙、氯化物、磷酸盐、 铁、铜、锌、锰、钴、钒、铬、硒、钼、镍、硼、二氧化硅、硅、氟、 碘、砷等的盐。

任何这里描述的液体涂料可以用于包封冷冻液体颗粒。此外，可 以提到保存期延长剂，例如氧阻隔剂和风味保持剂，例如挥发性阻隔 剂。

另一方面，本发明涉及使用本发明方法制备的任何涂覆的食品颗 粒。

用于实施本发明方法的设备通常描述在公知的PCT申请 WO97/07879中，它在上面已有讨论。根据本发明的设备通常在图1中 表示为10。

本发明的设备包括第一室，在图1和2中用12表示。限流器14 位于第一室的一端。限流器通常位于第一室的下游端，如图1和2所 示。限流器14有出口端14a，如图2中详细表示。尽管限流器表示成 与第一室不同的部件，但是如果需要的话，它们可以整体形成。本发 明的限流器可以具有各种结构，只要它能限制流动，从而提高经过它 的流体的压力即可。一般来说，本发明的限流器是喷嘴。

如图1和2所示，第一或液体入口管16与第一室流体连通，用于 将液体组合物计量加入该室中。液体入口管16将液体组合物计量加入 位于限流器14出口的第一室12中，该出口优选位于限流器14的中心 (当沿着其轴向观察时)。液体组合物经液体入口管16，用计量泵18， 从装有该液体组合物的储存容器20计量添加，如图1所示。

液体组合物可以是溶液，其中将用作涂料的材料溶解在液体中， 或浆料或乳液，其中用作涂料的材料不溶于液体。或者，液体组合物 可以是熔体，它用作涂料。熔体指任何处于其熔点或熔点以上、但低 于其沸点的温度的物质。在任何这些情况下，液体组合物可以包括除 涂料之外的组分。应该注意的是，当液体组合物是熔体时，储存容器 20必须加热到液体组合物熔融温度以上的温度，以便保持液体组合物 的熔体形式。

用于涂覆颗粒的设备还包括第二或气体入口管线22，与第一室流 体连通，如图1和2所示。一般来说，气体入口管线应与限流器上游 的第一室流体连通。气体入口管线22将第一气体料流射入限流器，从 而在限流器的出口形成湍流区。湍流使液体组合物经受剪切力，从而 将液体组合物雾化。

第一气体料流应该在进入限流器之前具有足以将气体加速到至少 一半音速或更高的滞止压力，以确保在限流器的出口形成足够强度的 湍流区。对于特定气体料流例如空气或氮气而言，音速将取决于气体 料流的温度。这由音速C的等式表示：

$C=\sqrt{\mathrm{kgRT}}$

其中k＝气体的比热率

g＝重力加速度

R＝普适气体常数

T＝气体的绝对温度

因此，第一气体料流的加速取决于气体料流的温度。

如上所述，加压的气体引起了液体组合物的雾化。在液体入口管 中的液体组合物压力只需要足以克服气体料流的系统压力。优选的 是，在湍流区之前，液体入口管具有延长的轴长度。如果液体入口管 太短，则限流器被阻塞。

本发明的设备还包括位于第二入口管线中和限流器上游的装置， 用于在注射通过限流器之前任选加热第一气体料流。优选的是，加热 装置包括加热器24，如图1所示。作为选择，加热装置可以包括换热 器、电阻加热器、电加热器，或任何类型的加热装置。加热器24位于 第二入口管线22中。图1所示的泵26将第一气体料流输送通过加热 器24，并送入第一室12。当熔体用作涂料时，气体料流应该加热到熔 体的熔融温度或更高的温度，以便保持熔体是液体(即熔体)形式。 当使用熔体时，还有利的是向在注射之前供应了熔体的第一入口管线 提供辅助加热，以便防止管线的阻塞。

本发明的设备还包括如图1和2所示的进料斗28。进料斗28将颗 粒加入湍流区中。优选的是，限流器的出口端位于进料斗中心线以下 的第一室中。这用于保证颗粒被直接加入湍流区。这是重要的，因为 如上所述，湍流使液体组合物经受剪切力，从而使液体组合物雾化。 通过提供最容易添加颗粒的构造也增加了可操作性。此外，剪切力将 雾化的液体组合物与颗粒分散和混合，使得颗粒被涂覆。进料斗28可 以从储存器30直接进料，如图1的箭头29所示。本发明的进料斗可 以包括计量装置，用于将与液体进料成特定比例的颗粒从液体入口管 线16准确计量加入湍流区。这种计量操作建立了颗粒上的涂料水平。 一般来说，本发明的进料斗与大气连通。当使用熔体时，优选的是颗 粒处于环境温度，因为这有助于开始时处于高温的熔化后的熔体的固 化，并在湍流区涂覆颗粒。

本发明的设备还可以包括围绕第一室的第二室32，如图1和2所 示。另外，第二室包围着湍流区。第二室32具有入口34，用于将第二 气体料流引入第二室。第二室的入口优选位于或接近第二室32的上游 端。第二室32的出口与收集容器连通，例如图1所示的36。第二气体 料流将涂覆后的颗粒冷却并输送到收集容器，如图2的箭头31所示。 特别是，当使用溶液或浆料时，溶液或浆料的固体在湍流区和容器之 间冷却，使得在颗粒到达容器时，在颗粒表面上形成含有溶液或浆料 的固体的固体涂层。当使用熔体时，液体组合物在湍流区之间冷却， 使得在颗粒到达容器时，在颗粒上形成含有熔体的固体涂层。第一气 体料流以及第二气体料流通过收集容器36的顶部排出。

对于图1和2所示的构造，入口34可以与鼓风机(没有显示)连 通，将第二气体料流供应到第二室。但是，鼓风机和第二室32可以省 略，第一气体料流可以用于冷却颗粒并将它们送到容器36。在这种情 况下，来自溶液或浆料的固体或熔体在湍流区和收集容器之间的气氛 中冷却并在颗粒上固化，已涂覆的颗粒落入收集容器36。

优选的是，湍流区的轴长度是第二室直径的大约10倍。这使得限 流器出口的压力最小。如图1和2所示，在限流器出口附近将颗粒加 入第二室32，该出口优选位于进料斗的中心线上。如果出口的压力太 大，则颗粒将回流到进料斗。

第二气体料流的压力必须足以帮助将涂覆的颗粒从湍流区送到收 集区，但是应该低于第一气体料流的压力。这是因为在第一气体料流 和第二气体料流之间的高相对速度差会产生足够程度的湍流以便涂覆 颗粒。

此外根据本发明，提供一种用液体涂料干涂食品颗粒的方法。该 方法提供一步法，其中将待涂覆的物质加入该装置中，涂覆并收集， 不需要从液体分离和/或过滤固体。

应该注意的是，本发明方法可以使用如图1、2和3所示的设备进 行，但是应该理解的是，本发明方法不限于所示的设备。此外，应该 注意的是，虽然本发明方法进行一次或一个循环就基本上或完全涂覆 了颗粒，但是可以进行一次以上，以便将更多的涂料粘附在颗粒上， 这取决于涂层所需厚度。

该方法包括将液体组合物计量加入限流器的步骤，例如图1和2 所示的限流器14。如上关于设备的叙述，液体组合物可以是溶液、浆 料、乳液或熔体。

本发明的方法进一步包括，在将液体组合物计量加入限流器的同 时，将气体料流例如从气体入口管线(例如图1和2所示的22)注射 通过限流器，从而在限流器出口形成湍流区。在湍流区中的剪切作用 雾化了液体组合物。

气体料流在被注射通过限流器之前进行加热。气体料流可以用加 热器加热，例如图1所示的加热器24。如上关于设备的叙述，当液体 组合物是溶液或浆料时，气体料流被加热到足以将溶液或浆料的液体 汽化，并剩下溶液或浆料中的固体的温度。当液体组合物是熔体时， 气体料流应该被加热到处于液体组合物的熔融温度或更高的温度，以 便使液体组合物，特别是熔体，保持液态(即熔体)形式。如上关于 设备的叙述，当使用熔体时，还有利的是向用于在注射之前提供熔体 的第一入口管线提供辅助加热装置，从而防止管线的阻塞。

本发明的方法还包括在计量添加液体组合物和注射气体料流的同 时将颗粒加入到湍流区的步骤。这使得在湍流区混合了颗粒和雾化的 液体组合物。这种在湍流区的混合实现了用涂料涂覆颗粒。颗粒优选 被计量加入，以便控制湍流区中加入的颗粒与液体之间的比例。这样 就确定了颗粒上的涂料量。当使用溶液或浆料时，来自热气体料流的 热量用于蒸发溶液或浆料的液体，剩下溶液或浆料中的固体，从而涂 覆颗粒。然后，湍流区的混合使溶液或浆料中剩余的固体涂覆颗粒。 当使用熔体时，湍流区的混合用熔体涂覆颗粒。粒度通常在0.5-20.0mm 的范围内。

如上所述，湍流区通过高压气体注射通过限流器的作用而形成。 如上关于设备的讨论，优选的是气体料流在注射之前被加速到至少大 约一半音速，以便确保在限流器出口形成足够强度的湍流区。

颗粒在湍流区的停留时间由第一室的几何结构和从气体入口管线 注射的气体量决定。在湍流区内颗粒的平均停留时间优选小于250毫 秒。更优选的是，在湍流区内颗粒的平均停留时间为25-250毫秒。可 以达到短的停留时间，这是因为湍流区的作用。短停留时间使得本发 明方法比常规涂覆方法更有优势，因为时间减少使涂覆颗粒的成本降 低。通常从进料斗加入颗粒，例如图1和2所示的进料斗28，它与大 气连通。如上关于设备的叙述，当液体组合物是熔体时，优选的是颗 粒处于环境温度下，因为这将有助于在湍流区中熔体(它开始处于高 温下)涂覆颗粒之后熔体的固化。

本发明方法可以进一步包括将另一气体料流加入湍流区上游的步 骤，以便冷却和输送已涂覆的颗粒。所述另一气体料流通过例如图1 和2所示的第二室32的腔室加入。如上关于设备的叙述，第二气体料 流的压力必须足以帮助将涂覆的颗粒从湍流区输送到收集容器，但是 应该低于第一气体料流的压力，以便实现涂覆。当使用溶液或浆料时， 溶液或浆料的固体在湍流区和收集容器之间的第二室，例如上述收集 区36中冷却并固化在颗粒上。当使用熔体时，熔体在湍流区和收集容 器之间的第二室中冷却并固化在颗粒上。当不包括第二室时，固体或 熔体在湍流区和收集容器之间的空间中冷却并固化在颗粒上，已涂覆 的颗粒落入容器中。

涂料通常本质上是液体，可以是单一或多组分的化学组合物。因 此，它们可以是纯液体、溶液、悬浮液、乳液、熔融的聚合物、树脂 等。这些材料通常具有1-500000厘泊的粘度。所涂覆的涂料本质上可 以是亲水性、疏水性或两性的，这取决于它们的化学组成。当使用多 于一种的涂料时，它可以是粘附在前一涂层上的另一层壳层，或作为 在待涂覆材料表面上的单独颗粒。这些材料还可以是反应性的，使被 其涂覆的材料的粘度增加，或变成固体或半固体材料。为了使在所选 材料上形成的涂层处于上述范围内，涂料应该能以分子形式分散，使 得涂层可以以分子水平生长。

如图1、2和3所示的设备可以用于许多方法。一种方法是用调味 剂、着色剂等涂覆谷物。在该方法中，尺寸为0.5-20.0mm的食品颗粒 进入设备，要用于涂覆食品颗粒的材料经由进料斗加入设备中的高剪 切/湍流区中。所得雾化的涂料涂覆了食品颗粒的表面，同时它被气动 输送通过该设备。本发明方法的温度比在工艺操作压力下溶剂的蒸发 温度高至少5℃，使得涂料混合物中的挥发性材料(例如水)在几毫秒 内蒸发。涂覆的谷物然后以基本上干燥状态被送出设备，使得从一个 工序到另一个工序的过程中基本上没有水分的净增长。水分的净增长 通过Cenco水分天平来检测，操作温度是105℃。因此，材料的涂覆 和干燥在一步内完成。这是重要的，从而能保持食品颗粒的质量，因 为颗粒被均匀地涂覆，材料不会由于过度暴露于较高温度下而变质， 而且颗粒不会聚集或粘附到容器壁上。此外，涂覆的食品颗粒的水分 含量基本上与未涂覆的食品颗粒的水分含量相同。

对流干燥方法用于除去残留的挥发物，这些挥发物来自将溶液、 浆料或乳液涂覆到食品颗粒表面上的操作。一般来说，已涂覆的固体 的粒径与基质加涂层厚度的粒径相同，并作为干燥和分散的产品从该 方法得出。该方法的设计防止了湿颗粒达到任何可能会发生粘附的器 壁，这改进了系统的清洁度，并还可以包括循环系统，该系统减少了 任何颗粒之间或颗粒与器壁之间可能会发生的粘附现象。该方法可以 选自任何方法，包括但不限于闪蒸干燥、气动输送器干燥和喷雾干燥， 或其组合。干燥的停留时间通常少于1分钟，优选在毫秒范围。

如图3所示，图1和2的设备可以具有另外的构造。固体经由进 料斗43进入设备。液体经由位于设备顶部的液体入口管42加入，使 液体进入高剪切/湍流区。热气体经由喷嘴41进入室44。来自室44 出口的产品进入收集器40。该构造允许用于涂覆的液体的更快速的变 化，且维护成本更低。

使用上述设备的另一方法实现了用包封材料包封冷冻液体颗粒， 所述包封材料的最终状态是固体或半固体，从而使冷冻的颗粒通过固 化时的液体表面与熔化时的内核间的显热热交换而形成了液态内核。 这些固体颗粒计量加入一个工艺设备中，其中的液相(熔体、溶液， 或浆料)用于包封固体颗粒。包封机理是通过液相的雾化和在高剪切 气相接触下的混合而实现的，使得液体倾向于包封冷冻的固体颗粒， 而不是聚集在液滴周围的颗粒。同时，固态的冷冻核颗粒通过其与涂 料间的显热热交换而返回液相。对于本发明这方面而言，用于包封冷 冻颗粒的包封材料包括例如全部上述涂料。用于包含待包封的冷冻颗 粒的材料可以是任何液体、水溶液或非水溶液或纯物质(例如纯液体) 或乳液或浆料，它们可以以固体颗粒形式制备，并作为固体进料送入 本发明方法中，以便通过液体进料涂料包封。本领域普通技术人员很 容易知道，选择适用于包封的材料，以便在颗粒处于液态和涂料保持 与要包裹的液体不同时的条件下包裹颗粒。例如，可以选择熔融的蜡 来包封冷冻的含水颗粒；或浓缩的糖溶液可以用于包封油颗粒。此外， 本领域普通技术人员也容易知道，选择用于包封颗粒的涂料必须配制 成具有足够的厚度和结构完整性，从而以液体形式包含颗粒材料。本 发明方法的灵活性将使得操作者能选择适合获得足够厚度的涂层的条 件，以便实现成功的颗粒包封。

本发明的包封的颗粒将在许多工业领域具有许多用途，特别是在 食品、营养和健康领域中。例如，包封可以用于改进或保持液体物质 的营养含量；通过防止水分污染或氧化来防止味道损失；防止异味吸 入包封的液体中，并延长保存期和稳定性。

此外，将液体食品、营养和健康液体产品包封成颗粒形式能大大 促进这些材料易于储存、检测和运输。对液体加工或制粉可以很方便。 包装的干产品比含有相同水含量但处于游离或非包封状态的产品具有 更低的水活性。包封的冷冻液体颗粒的保存期更长，流动性更好，且 由于微生物繁殖引起的危险或损害更小。

                  食品和冷冻颗粒的制备

在本发明方法中使用的合适的食品颗粒由各种谷物制成。含有燕 麦的食品颗粒的制备描述在US5198255中。如上所述，碾去壳的燕麦 烤成面团。面团然后成型成有形状的粒料，有时使用挤出机进行，并 干燥和调和。水分含量为约10％的粒料可以加入枪式膨胀器，膨胀成适 合进一步涂覆的谷物片。优选的谷物片具有O型或环型结构。其它谷 物例如小麦、稻、玉米、大麦和其混合物可以按照相似的方式制成颗 粒。对于本发明冷冻液体颗粒的包封而言，可以通过任何措施，其中 许多此类措施是本领域公知的，例如雾化和闪蒸冷冻，造粒的任何液 体都适合实施本发明方法。

                         实施例

使用以下化学品和试剂。除非另有说明，其它材料来自Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI。

FXPH0294  大豆块，由DuPont Protein Technologies，

          St.Louis，MO供应

蔗糖浆    食品级蔗糖在中性水中溶解至所需浓度得到的溶液。

          所有浓度由w/w表示。

PUFA      多不饱和脂肪酸(PUFA)鱼油，由Omega Protein，

          Inc.，Houston，TX供应，也由Ocean Nutrition

          Canada，Ltd.供应。

                    实施例的分析测试

涂料水平基于质量平衡确定。残余水分分析使用Cenco水分天平 (Fairfax VA，USA)测定，分辨率为0.1％水分。

                          实施例

                  实施例1：涂覆的谷物

在单步涂覆和干燥法中，具有“环形”形态和直径约15mm的谷物 被糖溶液涂覆，得到糖涂覆的谷物。设备如图1所示，使用带有1/4 英寸中心管和0.36英寸口径喷嘴喉的喷嘴。输送体的内径是1.25英 寸、长度为14英寸。使用振动型进料器(Syntron)，以688g/分钟 将含有2％残余水分的谷物计量加入该系统中。使用蠕动计量泵以 200g/分钟将116℃的浓度为86％的糖水溶液计量加入中心管。将300 ℃和15psig的空气送入喷嘴。空气用于雾化糖溶液，在混合区产生负 压，以加入干谷物，并提供用于从糖溶液蒸发残余水分的热量。混合/ 干燥产品在紧邻位于14英寸输送管下游的聚酯卷袋过滤器中收集。产 品具有相当于涂覆颗粒最终质量的20％的糖涂层。检测残余水分(Cenco 天平)，测得是2％一相当于谷物进入该方法时的水分含量。对于在袋 式过滤器中收集的每个涂覆颗粒都保持了“环形”形态。

         实施例2：载有PUFA并用蔗糖涂覆的大豆块

涂覆设备如图1所示，包括1英寸×12英寸的涂覆体，带有0.369 英寸直径的喷嘴和0.25英寸外径的液体进料管，该设备在40psig的 空气压力下使用空气于20℃操作。该设备的出料进入过滤袋收集器， 以便从空气中分离出涂覆后的材料。使用Syntron振动型进料器以 1.2kg/分钟的速率将一般长方形的约1.5mm×3mm的FXPH-0294大豆 块计量加入。使用蠕动泵向该系统中以539g/分钟计量加入多不饱和鱼 油(PUFA)。基于质量平衡，收集到载有31％ PUFA的涂覆的大豆块。 它们的外观与未涂覆的大豆块相同。

上述PUFA涂覆的大豆块颗粒进一步加工，从而在涂有PUFA的大 豆块的外表面上形成蔗糖层。上述设备在40psig下使用270℃的热空 气作为混合气体。使用Syntron进料器以536g/分钟的速率将PUFA涂 覆的大豆块计量加入该工艺中。使用在不锈钢2L烧瓶上的罩式加热器 制备116℃的86％的蔗糖水溶液。将该溶液以250g/分钟计量加入该工 艺中。该溶液涂覆了PUFA/大豆块颗粒的外表面，该颗粒在袋式过滤器 中作为干燥的、自由流动的分散颗粒收集。进入袋式过滤器的气相的 温度是130℃。该产物的质量平衡分析表明，组合物总量的28.6％是蔗 糖，22.1％是PUFA，49.3％是大豆块，与初始大豆块的水分含量相比， 该产物的水分含量没有变化，即来自蔗糖溶液的所有残余水都被蒸发 了。

实施例3：用蔗糖涂覆的膨化稻谷(Duffed rice cereal)

该实验涉及用糖溶液涂覆膨化稻谷，并回收水分含量没有净增长 的糖涂覆的干谷物。

设备如图1所示，使用0.36英寸口径的喷嘴和1/4英寸外径的不 锈钢液体进料管，该设备用32psig和154℃的空气操作。使用Syntron 振动进料器以458g/分钟的速率将谷物(Food Lion’s“Crispy Rise” 牌膨胀稻)计量加入。使用蠕动计量泵经由液体中心管以180g/分钟(72 g/分钟水和108g/分钟糖)计量加入处于室温的60％(w/w)蔗糖水溶 液。混合产物收集在聚酯卷绕过滤袋中。

Cenco牌水分天平用于检测在涂覆之前和之后的谷物中的总水含 量。未涂覆的谷物的初始水分含量是2.1％。在涂覆后的水分含量是 2.0％，这表明由糖溶液所加入的所有水分已被除去。

本发明方法用糖溶液涂覆膨胀稻谷，得到了涂覆的膨胀稻谷，其 中含有19.1％的糖(基于产物总重量)，没有向谷物增加任何水分。

                  实施例4：包封的液滴

闪蒸冷冻雾化器用于生产平均粒度为10微米的冷冻水颗粒固体。 这些冷冻固体以600g/分钟的速率计量加入图1所示的设备中。熔融温 度为47℃的石蜡以100g/分钟的速率于60℃计量加入该设备的液体进 料管中。25℃的空气用于雾化所述蜡，引入冷冻颗粒，并提供剪切作 用，以便将蜡均匀涂覆到冷冻液体颗粒上。在空气、蜡和冷冻液体之 间的热交换得到具有液态水内核的固体蜡颗粒，它保持基本10微米的 平均粒度。

本申请要求2001年6月19日递交的美国临时申请60/299206的 优先权，其公开内容在此全文参考引用。