基本上不含表面活性劑的亞微米分散體以及利用其的食品增強的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實施方案一般地涉及用于增強食品（包括飲料）的基本上不含表面活性 劑的亞微米可食用疏水性分散體。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前將疏水性材料（例如液體、半固體或固體）與親水性液體組合的實踐需要添 加改變疏水性材料和親水性液體兩者的天然性質(zhì)以使得它們的性質(zhì)彼此更加相似的試劑。 由于添加劑使得兩相的性質(zhì)趨同，它們具有更大的傾向在商業(yè)上可行的周期內(nèi)保持穩(wěn)定。 可以用于這些疏水相/親水相組合的一類重要的添加劑是表面活性試劑（surface-active agent)，其通常被稱為"表面活性劑（surfactant) "。這些材料是兩親的，同時具有疏水性 和親水性。
[0003] 當將一種或更多種這些試劑摻入疏水相或親水相中，試劑本身將會排列在疏水 相-親水相界面或者組合物與周圍空氣之間的界面處。存在于疏水相-親水相處的力（"界 面張力"）降低，使得兩相能夠更順利地共存。同樣地，存在于空氣-組合物界面處的力（"表 面張力"）也降低。"表面活性劑"的一個特殊的子類被稱為乳化劑。當仔細選擇時，這樣的 乳化劑具有多種表面活性性能。這些材料不僅降低疏水相/親水相界面處的界面張力，而 且，隨著剪切能量的輸入，它們使得一個相在另一個相中形成穩(wěn)定的微滴。所得產(chǎn)物稱之為 乳液。在許多情況下，這樣的乳液通過將疏水相和親水相加熱至70°C或更高的溫度然后將 兩相合并來制備。加熱相的目的是確保所使用的所有半固體和固體疏水材料熔化，并且兩 相具有足夠低的粘度以便兩相可以自由混合。通常將疏水相和親水相混合在一起直到它們 達到均勻的外觀。此后，將其冷卻以確保形成具有適當尺寸的液滴，這些液滴通常在3微米 至10微米的范圍內(nèi)。由于其粒徑，這樣的乳液通常具有均勻的、不透明的白色外觀。
[0004] 盡管在食品行業(yè)中使用表面活性劑已經(jīng)提供了很多益處，但本發(fā)明人已經(jīng)觀察到 在食品行業(yè)中使用表面活性劑也可能有許多不足之處。例如，雖然許多不同類型的表面活 性劑已經(jīng)產(chǎn)生了大量的具有所期望性能的食品和飲料，但是本發(fā)明人也已經(jīng)觀察到與它們 的使用相關(guān)聯(lián)的一些不期望的問題。這些問題可以產(chǎn)生熱力學(xué)不穩(wěn)定的、不可再現(xiàn)的和難 以規(guī)模化的乳液。
[0005] 開發(fā)傳統(tǒng)的基于乳化劑的產(chǎn)品所需要的時間是漫長的。當由于例如供應(yīng)的問題 或消費者偏好變化對水相或油相作出改變時，通常必須對先前有效的乳化劑共混物作出改 變。這樣的改變可能不期望地導(dǎo)致一種或多種美學(xué)、性能或保健特性的變化。結(jié)果，組合物 的直接穩(wěn)定性常常受到損害，并且更糟的是，導(dǎo)致的不穩(wěn)定性可能直到加速穩(wěn)定性測試的 第二或第三個月才能被認識到。這可能會損害產(chǎn)品的長期保存期。修正需要對配方進行復(fù) 雜的通常依靠經(jīng)驗的再平衡。
[0006] 使這些生產(chǎn)和穩(wěn)定性問題復(fù)雜化是加工對批次結(jié)果可能產(chǎn)生的影響。乳液穩(wěn)定性 取決于各種參數(shù)，例如用于實現(xiàn)產(chǎn)品期望流變學(xué)特性的成分的水結(jié)合活性、ζ電勢、粒徑和 晶體形成。這些參數(shù)依賴于油相和水相被加熱到的溫度、加熱速率、當在升高的溫度下結(jié)合 時兩相的混合方法和速率以及冷卻速率。大多數(shù)乳液需要加熱以確保所有較高熔點的材 料（如蠟類和黃油）在適當?shù)南嘀型耆刍⑷芙饣蚍稚?，或以加速淀粉和其它增稠劑的?化。
[0007] -些乳液的制備不需要加熱，但是這些系統(tǒng)排除使用能為最終產(chǎn)品的口頭審美添 加豐富性的較高熔點的材料。此外，如果混合速率高，就有機會使得空氣可被包載在乳液 中。這種現(xiàn)象導(dǎo)致產(chǎn)品比重不期望的降低以及產(chǎn)品粘度的增加。加工中的任何可變性可能 導(dǎo)致一系列不期望的流變特性和質(zhì)地特性。即使配方?jīng)]有修改，這個問題也可能出現(xiàn)。通 常，如果兩個或更多個配方設(shè)計師制備相同的產(chǎn)品，所得到的組合物可能差異很大。即使每 個人都使用相同批次的原材料，這種令人驚奇的變化也可能發(fā)生。這個令人不安的現(xiàn)象的 發(fā)生是因為準確地再現(xiàn)所有的用于制備乳液的加工參數(shù)也許是非常難的。如果加工變量以 小的、難以追蹤的方式變化，可能出現(xiàn)意想不到的粒徑變化，或者乳液的結(jié)晶性能可能受到 損害。
[0008] 考慮到這些問題，一個典型的500克至2000克的實驗室制備不可以直接轉(zhuǎn)變?yōu)樯?產(chǎn)環(huán)境。此外，用于實驗室的設(shè)備一般不能很好地模擬工廠使用的設(shè)備。通常需要在放大 期間促進這種轉(zhuǎn)變的中間開發(fā)階段。將用于這種中間階段的一些設(shè)備只在一部分尺寸上進 行改造以模擬工廠條件。即便如此，放大的問題大量存在。為了處理放大導(dǎo)致的難以預(yù)測 的變化，產(chǎn)品可以經(jīng)過多種加工變化，以便優(yōu)化制備條件。通常對在每個放大級別下制備的 產(chǎn)品進行加速穩(wěn)定性測試，以確保產(chǎn)品在其預(yù)期的保存期內(nèi)的完整性。這些問題增加了將 新產(chǎn)品投入生產(chǎn)的時間和成本。因此，大多數(shù)配方設(shè)計師傾向于停留在過去的某些行之有 效的方法，從而最大限度地減少獨特性和獨創(chuàng)性。
[0009] 傳統(tǒng)的乳液系統(tǒng)在制備中也造成困難。需要加熱和冷卻系統(tǒng)、專門的混合設(shè)備以 及各種附加的處理裝置使得乳液系統(tǒng)的制備成為資本密集型。此外，設(shè)備規(guī)格和能源需 求將因國而異。這種情況會導(dǎo)致加工變量的改變，從而使得幾乎不可能具有真正的"全球 性"的制備協(xié)議。加工這類產(chǎn)品所需要的能量可能是昂貴的。同樣，通常需要長的批處理 時間。完成乳液的加工可能需要5到24小時或更長，這取決于批量大小和所需的亞階段 (sub-phase)數(shù)目。這種事實需要密集的勞動力，從而增加成本。
[0010] 在表面活性劑介導(dǎo)的過程中，需要高溫水或蒸汽來加熱批次的各個階段，這可能 對熱敏性疏水劑造成破壞。某些材料的長時間加熱可加速疏水劑與乳液中的其它組分或與 空氣的反應(yīng)。例如，不飽和烴（例如植物油）可以氧化，從而導(dǎo)致酸敗或不期望的顏色變化。 長時間加熱可能降低疏水性營養(yǎng)化合物（例如維生素和抗氧化劑）的效力，以及改變提供 香味的分子。在目前的市場上，消費者不太接受采用非天然的穩(wěn)定劑（例如，防腐劑、人工 香精或香料、螯合劑和合成的抗氧化劑）來解決這些問題。
[0011] 表面活性劑、防腐劑、螯合劑和其它合成添加劑的存在提高了消費者對安全和健 康的關(guān)注。這些材料被認為是人工的和非天然的。它們的納入產(chǎn)生了加工食品，這些食品 已經(jīng)與肥胖、糖尿病、致癌性、致畸、關(guān)節(jié)炎、高血壓、動脈硬化和免疫系統(tǒng)受損相關(guān)聯(lián)。由于 這些問題，監(jiān)管壓力和來自消費者積極分子的從供人類消費的組合物去除這類人工試劑的 壓力不斷上升。
[0012] 食品中存在的乳化劑以及它們形成的超微米粒徑的膠束也可能導(dǎo)致次佳的味覺 和有限的質(zhì)地變化從而產(chǎn)生不太愉快的進食或飲用體驗。
[0013] 表面活性劑膠束、納米球、納米顆粒、納米乳液、納米螺旋體（nanocochleate)、 脂質(zhì)體、納米脂質(zhì)體和其它封裝遞送系統(tǒng)已被用來解決上述的某些問題。Mozafari等描 述了制備脂質(zhì)體和納米脂質(zhì)體的各種方法（2008，Journal Of Liposomal Research 18: 309-327)，這些脂質(zhì)體和納米脂質(zhì)體是含水環(huán)境中的主要由磷脂雙分子層構(gòu)成的封閉、連 續(xù)的多孔結(jié)構(gòu)。然而，這些系統(tǒng)包含特定的雙層結(jié)構(gòu)或其它封裝技術(shù)（例如，環(huán)糊精包埋或 交聯(lián)聚碳水化合物封裝）。更進一步地，表面活性劑膠束、納米球、納米顆粒和納米乳液含 有使它們達到最終尺寸的乳化劑。此外，這些系統(tǒng)按照慣例和多個管理機構(gòu)的定義（小于 IOOnm)都被認為是納米技術(shù)，從而產(chǎn)生監(jiān)管問題。關(guān)于在食品中應(yīng)用納米技術(shù)存在越來越 多的健康和安全擔憂。
[0014] 因此，本發(fā)明人認為所需要的是基本上不含表面活性劑的疏水劑顆粒的基本上不 含表面活性劑的亞微米分散體。還需要的是具有直徑通常超過IOOnm的粒徑的亞微米分 散體。另外需要的是當在含水流體中稀釋時保持穩(wěn)定，并且因此更加靈活地用于食品制備 過程中的這樣的分散體。所需要的是可以由最終用戶在實驗室制備或者商業(yè)放大制備中以 相同方式使用的分散體濃縮物。所需要的是可以容易地用于飲料中的基本上不含表面活性 劑的亞微米分散體濃縮物。所需要的是疏水劑顆粒的基本上不含表面活性劑的亞微米分散 體，所述疏水劑顆粒如果由疏水劑的給定混合物形成某種尺寸規(guī)格是可重現(xiàn)和可重復(fù)使用 的。還需要的是可以在最有限的加熱下制備的基本上不含表面活性劑的亞微米分散體。所 需要的是與疏水劑的基本上不含表面活性劑的亞微米分散體結(jié)合的食品，包括具有改良的 質(zhì)地、味道、營養(yǎng)價值、氣味、外觀、易于制備或生產(chǎn)成本的那些。
[0015] 因此，本發(fā)明人已提供了有利于增強食品的基本上不含表面活性劑的亞微米脂質(zhì) 分散體的實施方案，所述脂質(zhì)分散體克服了以上討論的一種或更多種問題并提供上述益 處。
[0016] 發(fā)明概述
[0017] 本公開內(nèi)容提供了具有增強穩(wěn)定性的含有基本上不含表面活性劑之水包油亞微 米分散體的組合物。所述基本上不含表面活性劑之水包油亞微米分散體可應(yīng)用到食品和/ 或飲料上或者食品和/或飲料中以提高食品或飲料的物理、化學(xué)、營養(yǎng)和/或感官特性，以 及防止冷凍灼傷。
[0018] 本公開內(nèi)容提供了組合物，所述組合物具有含有疏水劑顆粒的油相和含有水和/ 或水混溶性或水溶性物質(zhì)的水相，例如使所述油相和水相結(jié)合并經(jīng)過處理以形成水包油的 分散體。
[0019] 基本上不含表面活性劑之水包油亞微米分散體中的疏水劑顆?？删哂杏伤鼋M 合物的性質(zhì)和方法所賦予的小的負表面電荷。所述小的負電荷使顆粒彼此因斥力大于聚 結(jié)力而互相排斥，并從而提高了所述基本上不含表面活性劑之水包油亞微米分散體的穩(wěn)定 性。增加斥力超過聚結(jié)力的靜電能皇（electrostatic barrier)上方的疏水劑顆粒的重量 百分比進一步提高了分散體的穩(wěn)定性。
[0020] 本文提供了用于增強食品性質(zhì)的組合物及其制備和使用方法。在一個實施方案 中，提供了用于增強食品的分散體，其包含：可食用疏