ЭМУЛЬСИИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В НАПИТКАХ
EMULSIONS USED IN BEVERAGES

Данная заявка имеет приоритет заявки США, Сер.№12/748,013, поданной 26 марта, 2010.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к эмульсиям, используемым в напитках с объемной фракцией дискретной фазы от 60% до 67%, включающим, по меньшей мере, одно поверхностно-активное вещество (ПАВ) с низкой молекулярной массой и имеющим средний размер частиц менее 0,2 мкм, к способу получения эмульсий и к композициям, содержащим такие эмульсии.
Уровень техники
Квиллайя представляет собой ПАВ, экстрагируемое из внутренней коры деревьев квилайи, Quillaja Saponaria Molina, вечнозеленых деревьев, естественно растущих в Чили и Перу. Ввиду содержания сапонинов оно часто используется в качестве заместителя мыла и в качестве адъюванта сельскохозяйственных аэрозолей. Квиллайя также используется в фармацевтических средствах, пищевых продуктах, изделиях для личного ухода и в пенящихся противопожарных средствах.
Взвешивающие агенты используются в значительной части эмульсий напитков, имеющихся в настоящее время на рынке. Взвешивающие агенты нежелательны потому, что они обычно составляют примерно половину стоимости эмульсии, имеют регламентирующие пределы, не могут использоваться в натуральных напитках и усложняют и удлиняют переработку напитка. Однако без использования взвешивающего агента эмульсии и полученные из них напитки очень трудно стабилизировать. Маленький размер частиц представляет собой один из наиболее важных и труднодостижимых факторов для невзвешенных эмульсий. Маленький размер частиц важен для многих эмульсий и особенно благоприятен для прозрачных напитков и напитков, содержащих спирт.
Сущность изобретения
Теперь обнаружено, что эмульсии, имеющие объемную фракцию дискретной фазы от 60% до 67% с превосходной стабильностью, могут быть получены с использованием, по меньшей мере, одного ПАВ с низкой молекулярной массой. Такие эмульсии имеют высокую масляную нагрузку и маленький средний размер частиц, составляющий менее 0,2 мкм. Кроме того, такие эмульсии могут быть получены и использоваться в напитках без взвешивающих агентов.
Используемый в настоящем описании термин «дискретная фаза» предназначен для обозначения диспергированной или не непрерывной фазы и предназначен для включения масляной фазы и ПАВ с низкой молекулярной массой.
Используемый в настоящем описании термин «невзвешенный» предназначен для обозначения состава, по существу не содержащего взвешивающих агентов. Взвешивающие агенты хорошо известны в данной области и включают без ограничения бромированное растительное масло, даммаровую смолу, сахарозы ацетат изобутират (SAIB) и другие сложные эфиры сахарозы, сложный глицериловый эфир экстракционной канифоли (смоляной эфир), канифоль, сложные эфиры жирных кислот полиглицерина, смолу элеми и сложные эфиры глицерина смолы канифоли.
Используемый в настоящем описании термин «твердый экстракт квиллайи» предназначен для обозначения твердой части квиллайи, содержащий поверхностно-активный сапонин, который обеспечивает свойство эмульгирования. Термин твердый экстракт квиллайи не предназнаячен для обозначения жидкого экстракта квиллайи, который содержит твердую часть и воду.
Термин «поверхностно-активные вещества с низкой молекулярной массой» предназначен для включения ПАВ с HLB (гидрофильно-липофильным балансом) более чем 9 и средней молекулярной массой менее 10000 Да.
Используемый в настоящем описании термин «полисорбат» предназначен для обозначения сложных эфиров моножирных кислот полиоксиэтилен (20) сорбитана или Tweens, класса эмульгаторов, имеющихся в продаже на рынке в виде:
Tween 20 = полиоксиэтилен (20) сорбитан монолаурата;
Tween 40 = полиоксиэтилен (20) сорбитан монопальмитата;
Tween 60 = полиоксиэтилен (20) сорбитан моностеарата; и
Tween 80 = полиоксиэтилен (20) сорбитан моноолеата.
полиоксиэтилен
2
2
Число (20) после части  относится к общему числу групп оксиэтилена -(CHCHO)-, обнаруживаемому в молекуле. Число после части Tween относится к типу жирной кислоты, связанной с полиоксиэтилен сорбитановой частью молекулы.
В настоящем описании эмульсия типа «масло-в-воде» означает эмульсию, в которой масло находится в дискретной фазе, а вода (водная) представляет собой непрерывную фазу.
При отсутствии других указаний все представленные здесь соотношения, проценты и фракции являются весовыми, а все температуры представлены в градусах Цельсия.
При отсутствии других указаний все величины давления представлены в виде данных, полученных на гомогенизаторе APV, упомянутом в Примерах.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает распределение размера частиц эмульсии, содержащей 48,9 вес.% пятикратно (5X) разведенного апельсинового масла. Кривая с квадратами () относится к свежей эмульсии со средним размером частиц 0,142 мкм. Кривая, образованная гладкой линией, относится к 6-месячной эмульсии со средним размером частиц 0,151 мкм.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к эмульсиям типа «масло-в-воде», имеющим объемную фракцию дискретной фазы от 60% до 67% и полученным с использованием, по меньшей мере, одного ПАВ с низкой молекулярной массой. Такие эмульсии имеют превосходную стабильность эмульсии, высокую загрузку и маленький средний размер частиц менее 0,2 мкм. Кроме того, такие эмульсии могут быть получены и использованы в напитках без взвешивающего агента.
Указанное, по меньшей мере, одно поверхностно-активное вещество с низкой молекулярной массой (LMW) присутствует в количестве от 2% до 25%, в одном варианте осуществления от 8 до 14 вес.% и в еще одном варианте осуществления от 12 до 14 вес.% на основании эмульсии. В одном варианте осуществления поверхностно-активное вещество с низкой молекулярной массой выбрано из группы, состоящей из твердого экстракта квиллайи, полисорбата, лецитина, сложных эфиров сахаров, сложных эфиров глицерина и их смесей. В другом варианте осуществления поверхностно-активное вещество с низкой молекулярной массой выбрано из группы, состоящей из твердого экстракта квиллайи, полисорбата, лецитина и их смесей, в еще одном варианте осуществления представляет собой смесь твердого экстракта квиллайи и полисорбата и в еще одном варианте осуществления представляет собой смесь квиллайи и полиоксиэтилен (20) сорбитан моностеарата (Tween 60).
Масло может представлять собой любое масло, используемое в эмульсиях, и в одном варианте осуществления используемое в эмульсиях напитков, такое как отдушка, краситель/или питательное вещество, содержащее масла, а также любое растительное масло, и оно может быть натуральным или синтетическим. В одном варианте осуществления масло представляет собой фруктовое масло, такое как апельсиновое масло. В другом аспекте масло содержит питательное вещество, такое как витамин E. В еще одном варианте осуществления масло содержит омега-III жирную кислоту. Масло присутствует в объемной фракции дискретной фазы от 60% до 67%, и в одном варианте осуществления в объемной фракции дискретной фазы от 62% до 65%. В одном варианте осуществления отношение объема низкомолекулярного поверхностно-активного вещества к маслу составляет от 1:2 до 1:5.
Объемная фракции дискретной фазы рассчитывается, как изложено в разделе «Примеры».
Эмульсия представляет собой эмульсию типа «масло-в-воде», и в одном аспекте отношение непрерывной фазы к дискретной фазе составляет от 40:60 до 33:67 (об./об.), и в другом варианте осуществления - от 38:62 до 35:65 (об./об.). Эмульсия имеет высокие уровни твердых веществ (дискретной фазы), и в одном варианте осуществления такая эмульсия с высоким содержанием твердых веществ может храниться в том виде, как она есть, а затем разбавляться до желательного уровня твердых веществ водой или другим водным раствором непосредственно перед или во время включения в композицию конечного использования, такую как напиток. В альтернативном варианте эмульсия с высоким содержанием твердых веществ может разбавляться перед хранением для повышения стабильности.
В одном аспекте изобретения эмульсия по существу не содержит взвешивающих агентов, в одном варианте осуществления - менее 1% взвешивающего агента, в другом варианте осуществления - менее 0,5% взвешивающего агента, в еще одном варианте осуществления - менее 0,1% взвешивающего агента, и в еще одном варианте осуществления - 0% взвешивающего агента, во всех случаях в весовых процентах от веса эмульсии. В еще одном варианте осуществления эмульсия содержит взвешивающий агент.
Эмульсия содержит воду или водный раствор в непрерывной фазе. Возможно содержание в эмульсии дополнительных компонентов пищевого сорта. Такие компоненты пищевого сорта включают без ограничения сахарные спирты или другие заменители сахара, агенты, регулирующие pH, подсаливающие агенты, красящие агенты и загустители. В одном аспекте непрерывная фаза содержит консервант, а в другом консервант представляет собой бензоат натрия.
Эмульсия может быть получена с использованием любого способа эмульгирования, известного в данной области. Однако эмульсии уникальны в том, что маленький размер частиц и превосходная стабильность достигаются сначала смешиванием ингредиентов для достижения желательной фракции объема дискретной фазы. Затем смешанные ингредиенты гомогенизируются с использованием средств, известных в данной области, для достижения желательного маленького среднего размера частиц и/или распределения. Такая гомогенизация проводится при давлении от 17 до 65,5 МПа, в одном варианте осуществления, при давлении от 31 до 58,6 МПа, и в другом варианте осуществления при давлении от 37,9 до 58,6 МПа, при всех величинах давления, достигнутых на основе использования гомогенизатора высокого давления APV, подробно описанного в разделе «Примеры». Уровни давления для других гомогенизаторов могут быть другими, и специалист в данной области может легко приспособиться с одного типа гомогенизатора на другой и определить на каждом из них эквивалентное давление. Кроме того, такой маленький средний размер частиц и/или распределение могут быть достигнуты при таких величинах давления с использованием менее 10 проходов, в одном варианте осуществления - менее 8 проходов и в другом варианте осуществления - менее 6 проходов.
В одном варианте осуществления, в котором используется полисорбат, полисорбат плавится в смесь воды и, возможно, твердого экстракта квилайи, предварительно гомогенизированного с использованием высокой скорости сдвига и затем гомогенизированного, в одном варианте осуществления, в течение 2-6 проходов при давлении от 17 до 48 МПа.
Полученные эмульсии имеют превосходную нагрузку, в одном варианте осуществления, по меньшей мере, 40%, а в другом - по меньшей мере, нагрузку 50%. Нагрузка предназначена для обозначения весовой процентной доли масла от веса эмульсии.
Полученные в результате эмульсии имеют должное распределение размера частиц. В одном аспекте изобретения средний размер частиц составляет между 0,1 и 0,2 мкм, в другом варианте осуществления - менее 0,2 мкм, а в еще одном варианте осуществления - менее 0,15 мкм. В другом варианте осуществления, по меньшей мере, 90% частиц эмульсии имеют размер не более чем 0,2 мкм, и в еще одном варианте осуществления - не более чем 0,15 мкм, с использованием тестов, изложенных в разделе «Примеры». В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, 95% частиц эмульсии имеют размер не более 0,2 мкм, а в другом варианте осуществления - не более чем 0,15 мкм, с использованием тестов, изложенных в разделе «Примеры».
Полученные эмульсии напитков также имеют превосходную стабильность, так что средний размер частиц остается от 0,1 до 0,2 мкм, по меньшей мере, в течение 3 месяцев, в другом варианте осуществления, по меньшей мере, в течение 6 месяцев, а в еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, в течение 12 месяцев при комнатной температуре. Кроме того, в одном варианте осуществления, по меньшей мере, размер 90% частиц эмульсии остается не более чем 0,2 мкм, а в другом варианте осуществления, не более чем 0,15 мкм, в течение такого времени, с использованием тестов, изложенных в разделе «Примеры». В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, 95% эмульсионных частиц имеют размер не более чем 0,2 мкм, а в другом варианте осуществления, не более чем 0,15 мкм, с использованием тестов, изложенных в разделе «Примеры».
Полученные эмульсии могут использоваться в ранообразных композициях и в одном аспекте изобретения могут использоваться в любом типе напитка. В одном варианте осуществления эмульсии могут использоваться в алкогольном напитке, а в еще одном варианте осуществления - в прозрачных напитках. Прозрачный напиток предназначен для обозначения любого напитка с мутностью менее 100 нефелометрических единиц мутности (NTU). Мелкий размер частиц и равномерное распределение могут снизить отстой, расслоение и/или Оствальдовское созревание.
ПРИМЕРЫ
Следующие примеры представлены для дальнейшей иллюстрации и объяснения настоящего изобретения и в любом отношении не должны восприниматься как ограничивающие. Пока нет других примечаний, все отношения, части и процентные доли представлены по массе и все величины температуры - в градусах Цельсия (°C).
Следующие материалы использовались в примерах.

Эмульгатор Q-NATURALE 200, жидкий экстракт квиллайи, который содержит примерно 21% твердого экстракта квиллайи и 14% активного сапонина, имеющиеся в продаже от компании National Starch LLC (Bridgewataer, NJ).
Tween 60, полисорбат, имеющийся в продаже от компании Croda Inc, (Edison, NJ).
Апельсиновое масло 5X (5-кратное разведение) с плотностью 0,86 г/мл, имеющееся в продаже от компании Givaudan (Cincinati, OH).
Чистое растительное масло с плотностью 0,93 г/мл.
Во всех примерах использовали следующее оборудование.
Мешалка с высоким сдвигом, модель HSM- 100LC1, от компании Ross and Co. (Long Island, NY).
Гомогенизатор, модель Gaulin MR15, от компании APV (Getzville, NY).
Анализатор размера частиц, Счетчик Культера LS320, Beckman Coulter Inc. (Fullerton, CA).
Во всех примерах использовали следующие процедуры.
Тест размера частиц
Размеры эмульсионных частиц измеряются с использованием прибора LS 13 320, изготовленного компанией Beckman Coulter, который включает функции зависимого от интенсивности поляризации дифференциального рассеивания (PIDS) и статического рассеивания света, которое охватывает диапазон размер частиц от 0,04 мкм до 2000 мкм.
С использованием программного обеспечения Beckman Coulter, версии 5.01, вводятся оптические параметры для эмульсий как 1,5 для действительного индекса преломления, и 0 для воображаемого индекса преломления.
Стандартная процедура выполняется по стадиям в виде смещений измерения; совмещения; измерения фона и загрузки образца. Затем разбавленный образец (разбавленный водой до 10% эмульсии) по каплям вводится в резервуар для образца при наблюдении показаний результатов измерения загруженного образца. Когда затемнение составляет от 40% до 60%, начинается измерение.
При анализе результатов объемная фракция используется для генерирования распределения размера частиц. Арифметическое распределение размера частиц, включая размер частиц более 1 мкм, получается выбором 2, 0,4, 0,7, 1,0 мкм в статистическом окне.
Определение объемной фракции
Объемная фракция дискретной фазы рассчитывается в виде суммы объемной фракции масляной фазы плюс объемная фракция поверхностно-активного вещества с низкой молекулярной массой. Объемная фракция масляной фазы оценивается как весовая фракция масляной фазы, деленная на плотность масляной фазы. Объемная фракция низкомолекулярного ПАВ и водная фаза оценивается как такая же как весовая фракция.
Пример 1 - Получение эмульсии 5-кратного апельсинового масла с итоговым средним размером частиц 0,15 мкм
Объемная фракция масла и низкомолекулярного ПАВ, общая объемная фракция дискретной фазы и вес.% показаны в таблице 1.1.
<b>Таблица 1.1</b>
Ингредиенты
вес.%
Объемная фракция
Апельсиновое масло 5Х
48,9%
56,9%
Твердый экстракт квиллайи
7,5%
7,5%
Водная фаза
43,6%
43,6%
Общая объемная фракция дискретной фазы
60%
1 кг преэмульсии получали следующим образом.
Водную фазу получали добавлением экстракта квилайи, содержащего 7,5% твердого экстракта квилайи до 43,6%. Преэмульсию получали медленным добавлением 48,9% 5-кратно разведенного апельсинового масла к водной фазе с использованием мешалки с высоким сдвигом LCI (Модель HSM-100 LCI от компании Charles Ross & Son Company) при 7500 об/мин в течение 3 минут.
Указанную выше эмульсию гомогенизировали с использованием гомогенизатора высокого давления APV (Модель 15 MR лабораторного гомогенизатора от компании APV Gaulin) по 3 фазам при 44,8 МПа. Затем проверяли размер частиц эмульсии. Средний размер частиц эмульсии составил 0,142 мкм.
После 6-месячного хранения при комнатной температуре эмульсия по настоящему изобретению была стабильна и имела средний размер частиц 0,151 мкм.
Пример 2 - Получение эмульсий растительного масла с итоговым средним размером частиц менее 0,2 мкм
Объемная фракция каждого ингредиента и общая объемная фракция дискретной фазы всех трех образцов показаны в таблице 2.1, и вес.% всех трех образцов показаны в таблице 2.2.
<b>Таблица 2.1</b>
Объемная фракция
Ингредиенты
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Растительное масло
53%
52%
53%
Твин 60
12%
10%
11%
Общая объемная фракция дискретной фазы
65%
62%
64%
<b>Таблица 2.2</b>
вес.%
Ингредиенты
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Растительное масло
49%
48%
49%
Твин 60
12%
10%
11%
Вода
39%
42%
40%
1 кг преэмульсии получали следующим образом.
Твин 60 нагревали до 65°C для полного сжижения. Водную фазу получали добавлением 12%, 10% или 11% сжиженного Твин 60 к воде при 60°C в количестве 39%, 42% и 40% соответственно для образцов 1, 2 и 3. Преэмульсию получали медленным добавлением растительного масла к водной фазе с использованием мешалки с высоким сдвигом LCI (Модель HSM-100 LCI от компании Charles Ross & Son Company) при 10000 об/мин в течение 3 минут. Указанную выше эмульсию гомогенизировали с использованием гомогенизатора высокого давления APV (Модель 15 MR лабораторного гомогенизатора от компании APV Gaulin) для 3 фаз при 58,6 МПа. Затем проверяли размер частиц эмульсии в 0 день и затем ежемесячно в течение 12 месяцев. После 12-месячного хранения при комнатной температуре эмульсии по настоящему изобретению были стабильны. Результаты определения среднего размера частиц показаны в таблице 2.3.
<b>Таблица 2.3</b>
Средний размер частиц (мкм)
День 0
1 год
Образец 1
0,158
0,163
Образец 2
0,154
0,171
Образец 3
0,139
0,142
Пример 3 - Сравнение эмульсий 5-кратно разбавленного масла с объемной фракцией дискретной фазы вне заявленного диапазона
И объемная фракция ингредиентов, и общая объемная фракция дискретной фазы всех 4 образцов показаны в таблице 3.1. вес.% Все ингредиенты показаны в таблице 3.2
Таблица 3.1
Объемная фракция
Ингредиенты
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Образец 4
5-кратно разбавленное апельсиновое масло
33%
38%
43%
51%
Твин 60
4%
12%
15%
17%
Твердый экстракт квиллайи
0,84%
1,73%
0,84%
2%
Общая объемная фракция дискретной фазы
37,84%
51,73%
58,84%
70%
Таблица 3.2
вес.%
Ингредиенты
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Образец 4
5-кратно разбавленное апельсиновое масло
28,38%
32,98%
36,98%
43,86%
Твин 60
4%
12%
15%
17%
Твердый экстракт квиллайи
0,84%
1,73%
0,84%
2%
Вода
66,78%
53,29%
47,18%
37,14%
1 кг преэмульсии получали следующим образом.
Твин 60 нагревали до 65°C для полного сжижения. Водную фазу получали добавлением сжиженного Твин 60 (4%, 12%, 15% или 17%) и твердого экстракта квиллайи (0,84%, 1,73%, 0,84% или 2%) к нагретой до 60°C воде (66,78%, 53,59%, 47,18% или 37,14%) соответственно для образцов 1, 2, 3 и 4. Преэмульсии получали медленным добавлением требуемого количества 5-кратно разбавленного апельсинового масла (28,38%, 32,68%, 36,98% или 43,86%) к водной фазе с использованием мешалки с высоким сдвигом LCI (Модель HSM-100 LCI от компании Charles Ross & Son Company) при 7500 об/мин в течение 3 минут. Преэмульсия 4-го образца была крайне вязкой с густотой, подобной загустителю консистентных смазок: он был неспособен к успешному прохождению через гомогенизатор. Другие преэмульсии гомогенизировали с использованием гомогенизатора высокого давления APV (Лабораторный гомогенизатор Модели 15 MR от компании APV Gaulin) в течение 3 проходов при 44,8 МПа. Затем проверяли размер частиц эмульсий. Результаты определения среднего размера частиц показаны в таблице 3.3.
<b>Таблица 3.3</b>
Средний размер частиц (мкм) - 0-й день
Образец 1
0,822
Образец 2
0,656
Образец 3
0,393