ТВЕРДЫЕ МАСЛЯНЫЕ ПОРОШКИ
SOLID OIL POWDERS

Настоящее изобретение относится в основном к области масляных порошков. В частности, настоящее изобретение относится к масляной композиции, находящейся в порошкообразной форме при комнатной температуре. Одним воплощением настоящего изобретения является твердый масляный порошок с очень высоким содержанием масла.
Отверждение эмульсий масло-в-воде является методикой, применяемой в фармацевтической, косметической и пищевой промышленности для перевода основы из жидкого масла в твердый порошок. Наиболее распространенным способом является распылительная сушка эмульсии путем быстрого испарения водной непрерывной фазы (Faldt, P. et al. Food Hydrocolloids, 10, 421 (1996), Vega С.et al. Food Hydrocolloids, 45, 66 (2005), Fuchs, M. et al. J. Food Engineering, 75, 27 (2006), Bruckner, M. et al. European Food, Research. And Technology, 226, 137 (2007), Baranauskiene, R. et al. J. Agric. Food Chem., 55, 3027 (2007)). Этот способ обычно применяют для инкапсулирования гидрофобных соединений и ароматических веществ в капельках масла или для повышения устойчивости масла к окислению (Klinkesorn, U. et al. J. Agric. Food Chem., 53, 8365 (2005), Gu, Y.S. et al. J. Agric. Food Chem., 52, 3626 (2004), Shaw, L.A. et al. J. Agric. Food Chem., 55, 3112 (2007)). Для предотвращения разрушения масляных капелек с переходом в макро-фазовое отделенное жидкое состояние во время обработки распылительной сушкой на первой стадии и во время последующего хранения порошка к водному раствору обычно добавляют твердый гидрофильный носитель. После испарения воды этот гидрофильный носитель вместе с ПАВ, используемым для стабилизации липидной эмульсии, составляет непрерывную фазу порошка, также обозначаемую как «твердая сухая основа». Минимальное количество необходимого твердого гидрофильного носителя варьируется в разных исследованиях, но в целом включает от 30 до 80 масс.% к общей массе сухого вещества (Klinkesorn, U. et al. J. Agric. Food Chem., 53, 8365 (2005), Gu, Y.S. et al. J. Agric. Food Chem., 52, 3626 (2004), Jost, R. et al. Food Microstructure, 8, 23 (1989)). Типичными примерами компонентов твердой сухой основы являются лактоза, глюкоза, мальтодекстрин, крахмал и целлюлоза. Присутствие данного гидрофильного носителя в рецептуре меняет состав порошка по сравнению с исходной эмульсией, концентрируя твердый носитель в готовый порошок и, таким образом, снижая количество жидкости в сухой основе (капелек масла). Однако без присутствия данного твердого носителя капельки эмульсии слипаются либо во время обработки распылительной сушкой, либо после нее, что приводит к разрушению порошка и выделению масла.
Возможным альтернативным способом введения этого твердого носителя является стабилизация поверхности масляных капелек физико-химическим путем для обеспечения достаточной эластичности поверхности для их сохранения в процессе распылительной сушки. Типичным примером является многоэтапное наложение на поверхности капелек положительно заряженных электролитов, способных к формированию поперечной связи путем образования ионных комплексов, с обеспечением таким образом поверхностей с необходимой эластичностью (Klinkesorn, U. et al. J. Agric. Food Chem., 53, 8365 (2005), Gu, Y.S. et al. J. Agric. Food Chem., 52, 3626 (2004), Moreau, L. et al. J. Agric. Food Chem., 51, 6612 (2003)). Типичным примером является стабилизация эмульсии масло-в-воде белком, с доведением рН раствора до достаточно кислых значений для обеспечения положительного заряда белка. Затем эмульсию подвергают диализу или разбавляют другим водным раствором, содержащим отрицательно заряженный полиэлектролит, способный к образованию ионных комплексов с положительно заряженными поверхностями раздела масляных капелек (имеющих положительный заряд за счет слоя белка). Другим вариантом является стабилизация капелек анионным ПАВ с низкой молекулярной массой, таким как лецитин, с последующей обработкой эмульсии поликатионным полисахаридом, таким как хитозан. Хотя данный способ в целом считается надежным, основным недостатком этого подхода является необходимость множества этапов для стабилизации поверхности капелек, что делает технологию дорогостоящей и непригодной для крупномасштабной обработки. Термическая (Romoscanu, A.I. et al. Langmuir, 21, 9689 (2005)) или ферментативная поперечная сшивка (Kellerby, S.S. et al. J. Agric. Food Chem., 54, 10222 (2006), Cho, Y.H. et al. Journal of Food Science, 68, 2717, (2003)) стабилизированных белком поверхностей раздела является другим эффективным способом обеспечения эластичности поверхности раздела. Термическая поперечная сшивка стабилизированной сывороточным протеином эмульсии масло-в-воде применялась скорее с привлечением избытка белка, в комбинации с распылительной сушкой, для обеспечения сухого масляного порошка. Расчетное количество белка в готовом порошке, однако, составляет порядка 28-30 масс.% от общей массы порошка.
Обобщая сказанное, высушенные твердые масляные порошки, содержащие масляные соединения, обычно находящиеся в жидком состоянии при комнатной температуре, в настоящее время доступны в виде рецептур, включающих относительно высокое массовое количество не-масляных соединений. Твердый при комнатной температуре сухой масляный порошок, содержащий очень высокий процент масляных соединений или даже состоящий по существу из масляных соединений, будет обладать несколькими существенными преимуществами, такими как простота составления рецептур, отсутствие переносящих воду слоев, повышенная эффективность гидрофобного инкапсулирования, и т.д. Соответственно, имеется потребность в данной области техники в таких твердых масляных порошках.
Соответственно, задачей настоящего изобретения является обеспечение твердого масляного порошка с более высоким массовым содержанием масляных соединений, чем в порошках из предшествующего уровня техники, и возможных применений такого твердого масляного порошка. Также задачей настоящего изобретения является обеспечение способа производства такого твердого масляного порошка.
Авторы настоящего изобретения неожиданно установили, что задачи настоящего изобретения могут быть решены с помощью порошка в соответствии с формулой изобретения, с помощью его применения и посредством способа его получения.
Изобретатели применяли стабилизированные белком эмульсии масло-в-воде, методики термической поперечной сшивки и распылительной сушки для достижения, например, в одноэтапном процессе, твердых масляных порошков, в которых можно легко достичь общего содержания масла, например, вплоть до 95 масс.%, и возможно, вплоть до 99%, без нарушения твердой природы порошка.
Другими словами, теперь можно инкапсулировать по меньшей мере 95% масла только с 5% твердого матрикса, без изменения сухой природы порошка. При испарении воды и удалении возможного избытка неабсорбированного белка твердая сухая основа просто обеспечивается белком, поперечно-сшитым вокруг поверхностей капелек (обычно 1% или меньше), и факультативным присутствием соли (обычно 5% или меньше, и только если эмульсия высушена распылением из буферного солевого раствора).
Соответственно, одним из воплощений настоящего изобретения является масляный порошок, твердый при комнатной температуре и содержащий по меньшей мере 90 масс.%, предпочтительно по меньшей мере 95 масс.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 99 масс.% масла.
Порошок является объемным, гранулированным твердым веществом, состоящим из большого числа мелких частиц, которые могут свободно течь при встряхивании или при наклоне.
Масляный порошок в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно является сухим порошком. Для целей данного изобретения масляный порошок считается сухим, если при комнатной температуре из масляного порошка вытекает не более 1 масс.% масла, и предпочтительно не вытекает масла, если масляный порошок хранят при комнатной температуре в течение 24 часов без превышения нормального атмосферного давления.
Масляный порошок в соответствии с настоящим изобретением считается твердым, если частицы порошка, включающие возможно жидкое масло, сохраняют свою трехмерную структуру и не «тают».
Твердые масляные порошки в соответствии с настоящим изобретением обладают, например, тем преимуществом, что их можно производить с помощью очень простой и эффективной процедуры, например, одноэтапного процесса; что их можно производить с очень высоким содержанием масла; что они не требуют твердой сухой основы, как порошки из предшествующего уровня техники; и что их можно производить только с белком в качестве добавки и факультативно с солью; что они благоприятны для кожи, являются натуральными и в основном обладают пищевым качеством.
Твердый масляный порошок, содержащий 90 масс.% масла, например, может включать до 10 масс.% белка.
Однако обычно твердый масляный порошок в соответствии с настоящим изобретением содержит максимум 1 масс.% белка и/или максимум 5 масс.% соли. Масляный порошок в соответствии с данным изобретением, в частности отдельные частицы порошка, могут содержать внутреннюю сердцевину, включающую масляную фракцию, и внешнюю оболочку, включающую поперечно-сшитый белок.
Используемое количество белка и/или соли можно регулировать для тонкой настройки стабильности частиц. Обычно частицы высвобождают содержащееся в них масло под давлением. Использованное количество белка и/или соли вместе со степенью поперечной сшивки белковой оболочки частиц порошка определяет величину давления, необходимого для высвобождения масла.
Альтернативно и/или одновременно частицы могут также быть сконструированы для высвобождения содержащегося в них масла при воздействии нагревания. Воздействие нагревания заставляет масло расширяться, что в итоге ведет к разрыву белковой оболочки вокруг масляной фракции. Чем толще белковая мембрана, тем больше нагревания необходимо для высвобождения масла из оболочки.
Масло, которое можно применять в соответствии с настоящим изобретением, не ограничивается конкретным маслом. Термин «масло» в соответствии с данным изобретением включает минеральные масла и/или органические масла (масла, вырабатываемые растениями или животными), в частности масла пищевого качества и/или масла для косметических целей. Типичные минеральные масла включают парафиновые масла (на основе n-алканов), нафтеновые масла (на основе циклоалканов), и ароматические масла (на основе ароматических углеводородов).
Масло пищевого качества и/или масло для косметических целей можно, например, выбрать из группы, состоящей из оливкового масла, сафлорового масла, подсолнечного масла, рыбьего жира, масла из соевых бобов, соевого масла, пальмоядрового масла, пальмового масла, кокосового масла, льняного масла, рапсового масла, масла энотеры, эфирных масел, животного жира, минеральных масел, органического масла, и их комбинаций.
Ароматическое масло является концентрированной гидрофобной жидкостью, содержащей летучие ароматические соединения, например, из растений. Они также известны как летучие или эфирные масла. Масло является ароматическим в том смысле, что несет по меньшей мере один запах или аромат, например, растения. Эфирные масла часто применяют с косметической целью для производства духов.
Белок, который можно применять для инкапсулирования масла при производстве сухого порошка в соответствии с настоящим изобретением может быть любым белком. Для пищевых и косметических целей предпочтительным белком является белок пищевого качества и/или белок, обеспечивающий дополнительную пользу для потребителя, например, с точки зрения вкуса, текстуры и/или противоаллергического действия.
Например, предпочтительными являются белки, полученные из молока и/или сыворотки.
Предпочтительные молочные белки или фракции молочных белков в соответствии с данным изобретением включают, например, сывороточные белки, α-лактальбумин, β-лактоглобулин, бычий сывороточный альбумин, кислый казеин, казеинаты, α-казеин, β-казеин, к-казеин.
Что касается сывороточных белков, источник белка может быть выбран на основе кислой сыворотки или сладкой сыворотки или их смесей и может включать альфа-лактальбумин и бета-лактоглобулин в любых необходимых пропорциях. Белки могут быть интактными или по меньшей мере частично гидролизованными. Может быть необходимо применять частично гидролизованные белки (например, со степенью гидролиза от 2 до 20%) для субъектов, подверженных риску развития аллергии на коровье молоко.
Материал имеет пищевое качество, если он разрешен для потребления человеком или животным.
Следовательно, в одном воплощении настоящего изобретения белок может включать α-лактальбумин, β-лактоглобулин, бычий сывороточный альбумин, кислый казеин, казеинаты, α-казеин, β-казеин, к-казеин, яичный альбумин, лизоцим, соевые белки, плотен, рисовые белки, кукурузные белки, картофельные белки, гороховые белки или любой вид глобулярных белков или белков со статистическими клубками или их комбинации.
Соль может применяться в соответствии с настоящим изобретением также без конкретного ограничения. Предпочтительными являются соли щелочных металлов или соли щелочноземельных металлов.
Может быть предпочтительно применять соли пищевого качества.
Например, масляный порошок может включать натрия цитрат, магния цитрат, калия цитрат или их комбинации.
Масляный порошок в соответствии с настоящим изобретением можно применять, например, в качестве растворителя для доставки ценных соединений. Например, масло может содержать такое ценное соединение.
Таким образом, в одном воплощении настоящего изобретения масло может содержать по меньшей мере одно жирорастворимое соединение, например такое, как растительные полифенолы; жирную кислоту, такую как ДГК; n-3 жирные кислоты, такие как а-линоленовая кислота, стеаридоновая кислота, эйкозатриеновая кислота, эйкозатетраеновая кислота, эйкозапентаеновая кислота, докозапентаеновая кислота, клупанодоновая кислота, докозагексаеновая кислота, тетракозапентаеновая кислота, или тетракозагексаеновая кислота; n-6 жирные кислоты, такие как линолевая кислота, гамма-линоленовая кислота, эйкозадиеновая кислота, дигомо-гамма-линоленовая кислота, арахидоновая кислота, докозадиеновая кислота, адреновая кислота, докозапентаеновая кислота или календовая кислота; витамин, ароматическое соединение, антиоксидант или другой активный ингредиент.
Отдельные частицы масляного порошка в соответствии с настоящим изобретением могут иметь любой размер, в зависимости только от назначенного применения порошка. Большие частицы позволят снизить количество белка, необходимого для дополнительного инкапсулирования. Частицы меньшего размера обладают в целом большей стабильностью и обеспечивают более точную дозировку. Типичные диаметры частиц масляного порошка в соответствии с изобретением могут быть в диапазоне примерно 0,1-100 мкм, например, от 1 до 50 мкм.
Масляный порошок в соответствии с настоящим изобретением можно применять в ряде различных приложений.
Например, масляный порошок можно применять для производства композиции, предпочтительно композиции, выбранной из группы, состоящей из смазки, пищевой композиции, пищевой добавки, нутрицевтической, фармацевтической композиции и/или косметической композиции.
Такая композиция обладает тем преимуществом, что ее можно применять для защиты масла и/или жирорастворимых соединений, содержащихся в ней, например, от влияния факторов, снижающих качество композиции, таких как окислительное повреждение.
Ее можно также применять для продления возможного времени хранения масла и/или жирорастворимых соединений.
Такие композиции, содержащие масляный порошок в соответствии с настоящим изобретением, дополнительно обеспечивают улучшенную текучесть и/или улучшенную дозируемость масел и/или жирорастворимых соединений, которые могут содержаться в них.
Композицию и/или масляные порошки в соответствии с настоящим изобретением можно применять для обеспечения порошка, который повторно диспергируют в воде в виде единой первичной эмульсии.
Первичные эмульсии являются двухфазными системами, в которых одна фаза, такая как масло, диспергирована в другой фазе, такой как вода. Эти эмульсии обозначаются как первичные эмульсии масло-в-воде. При дисперсии воды в масляном матриксе эти системы обозначаются как первичные эмульсии вода-в-масле.
Как таковой, порошок в соответствии с настоящим изобретением можно удобно применять для производства эмульсий в гидрофильных растворителях, таких как вода, например, просто добавляя порошок к гидрофильному растворителю, и перемешивая.
Порошок в соответствии с настоящим изобретением обладает тем преимуществом, что его можно применять для обеспечения контакта масла, например, с кожей или с другой поверхностью, при этом избегая оставления масляной пленки на устройстве, используемом для нанесения масла. Кроме того, случайно рассыпанный порошок в соответствии с настоящим изобретением можно легко смести без необходимости применения детергентов для удаления масляной пленки.
Масло высвобождается из порошка в соответствии с настоящим изобретением только при воздействии нагрузки на отдельные частицы, так что белковая оболочка лопается, и по меньшей мере часть масла высвобождается.
Таким образом, масляный порошок может выделять жидкие масла, например, при разделении, сжатии, встряхивании, сдавливании, размазывании или их комбинации.
Настоящее изобретение дополнительно направлено на способ приготовления масла в соответствии с настоящим изобретением.
Такой способ включает этапы:
- смешивания масла, белка и факультативно соли и/или по меньшей мере одного жирорастворимого соединения для приготовления эмульсии,
- перекрестной сшивки белка,
- распылительной сушки эмульсии для создания масляного порошка.
Белок может быть поперечно сшит любым способом, известным в данной области техники, например, путем УФ-облучения, химическим путем, ферментативным путем или путем приложения нагревания, например, с помощью повышения температуры по меньшей мере до 70°C в течение по меньшей мере 5 минут.
Специалисту в данной области техники понятно, что можно свободно объединить все характеристики настоящего изобретения, описанные здесь, без отделения от объема и сущности раскрытого изобретения. В частности, характеристики, раскрытые для применения настоящего изобретения, можно применять к порошку и к композиции в соответствии с изобретением, и наоборот.
Дополнительные преимущества и характеристики изобретения станут понятными из следующих примеров и фигур.
На фигуре 1 показано распределение по размеру исходных частиц 10% эмульсии оливкового масла в воде, стабилизированной 1% β-лактоглобулином, до и после процесса поперечной сшивки.
На фигуре 2A показан вид полученного высушенного распылением порошка (спустя 15 минут при 80°C тепловой денатурации белка на поверхности раздела) из эмульсии, описанной на фигуре 1. Распылительную сушку проводили на распылительной мини-сушилке Büchi 190 (температура на входе 125°C, на выходе 84°C).
На фигуре 2B показан тот же самый порошок, что и на фигуре 2А, как наблюдалось при микроскопии с освещением методом светлого поля.
На фигуре 2С показан тот же самый порошок, что и на фигуре 2А, как наблюдалось при микроскопии с УФ-освещением (возбуждение: ВР450-490, эмиссия LP 520, окраска нильским красным, среда для заливки: 40% глицерин).
На фигуре 2D показан тот же самый порошок, что и на фигуре 2А, как наблюдалось при микроскопии с освещением методом светлого поля (с окраской белка). Криофиксация: безводный глутаральдегид/осмия тетраоксид в метаноле. Заливка: смола Спурра. Толщина срезов 1 микрон, окраска толуидиновым синим.
На фигуре 2Е показан тот же самый порошок, что и на фигуре 2А, как наблюдалось при микроскопии с освещением методом светлого поля (с окраской белка). Криофиксация: безводный глутаральдегид/осмия тетраоксид в метаноле. Заливка: смола Спурра. Толщина срезов 1 микрон, окраска толуидиновым синим. (Большее увеличение по сравнению с фигурой 2D).
На фигуре 3 показан внешний вид высушенного распылением порошка (спустя 15 минут при 80°C тепловой денатурации белка на поверхности раздела) из эмульсии 10% оливкового масла в воде, стабилизированной 4% соевым белком (распылительную сушку проводили на распылительной мини-сушилке Büchi 190 (температура на входе 125°C, на выходе 84°C)).
Пример 1. Высушенный распылением порошок оливкового масла (с белком бета-лактогобулином)
Приготовление растворов
Раствор A: Готовили 20 мМ тринатрий-цитратный буферный раствор (11,764 г/2 л)
Раствор B: Готовили раствор 1% бета-лактоглобулина (Davisco 92%) в буфере (10,835 г бета-лактоглобулина на 1 л буферного раствора), рН 7,3.
Характеристика способа приготовления эмульсии
Готовили навеску 270 г раствора 1% бета-лактоглобулина+30 г оливкового масла (CAS №8001-25-0). Смешивали при позиции политрона 4 в течение 45 секунд. Пропускали через гомогенизатор высокого давления при 150 бар (Rannie) до получения 10% эмульсии оливкового масла в буферном растворе с 1% бета-лактоглобулином. Анализировали размер частиц (Malvern). Проводили поперечную сшивку эмульсии 10% оливкового масла в течение 15 минут при 80°C. Охлаждали и проводили оценку на анализаторе размера частиц (Malvern). Результаты показаны в таблице 1.
В таблице 1 показаны характеристики исходной эмульсии по результатам анализа на приборе Malvern Mastersizer.
Таблица 1
E10%150b070408 Rannie 150 бар+1 час
D[4,3]/мкм
D[3,2]/мкм
D(v,0.5)/мкм
D(v,0.1)/мкм
D(v,0.9)/мкм
Интервал
Остаток/%
2,37
1,21
1,60
0,57
5,44
3,05
0,54
Е10%150b080408 поперечная сшивка 80°C 15 мин
D[4,3]/мкм
D[3,2]/мкм
D(v,0.5)/мкм
D(v,0.1)/мкм
D(v,0.9)/мкм
Интервал
Остаток/%)
3,17
1,40
2,19
0,63
7,19
3,00
0,33
Распылительная сушка
Проводили распылительную сушку 10% поперечно-сшитой эмульсии в распылительной мини-сушилке Buchi 190 (температура на входе 125°C, на выходе 84°C).
Полученный сухой масляный порошок анализировали следующим образом:
- определяли внешний вид порошка;
- проводили микроскопию с освещением методом светлого поля;
- проводили микроскопию в УФ-свете (возбуждение ВР450-490, эмиссия LP 520), окраска нильским красным, заливка 40% глицерином;
- проводили микроскопию с освещением методом светлого поля (с окраской белка), криофиксация: безводный глутаральдегид/осмия тетроксид в метаноле. Заливка смолой Спурра, толщина срезов 1 микрон, окраска толуидиновым синим.
Результаты показаны на фигуре 2.
Пример 2: высушенный распылением порошок оливкового масла с соевыми белками.
Растворы
Раствор A: Готовили 20 мМ тринатрий-цитратный буферный раствор (11,764 г/2 л)
Раствор B: Готовили раствор 4% соевого белка (Solpro 958 90%) в буфере (17,6 г бета-лактоглобулина/ 382,4 г буфера), устанавливая рН 8 с помощью 1M NaOH.
Способ
Центрифугировали раствор В при 5000 об/мин в течение 30 мин, а затем пропускали через фильтр 0,2 мкм. Готовили навеску 270 г этого раствора+30 г оливкового масла (CAS №8001-25-0). Смешивали при позиции политрона 4 в течение 45 секунд. Подвергали ультразвуковой обработке при 70% в позиции 1, 3 раза по 1 минуте. Анализировали на устройстве для определения размера частиц (Malvern). Проводили поперечную сшивку эмульсии 10% оливкового масла в течение 15 минут при 80°C. Охлаждали и проводили оценку на анализаторе размера частиц (Malvern). Результаты показаны в таблице 2.
Таблица 2
Е10% оливковое масло с соей 090706 (ультразвуковая обработка 3 раза по 1 минуте)
D[4,3]/мкм
D[3,2]/мкм
D(v,0.5)/мкм
D(v,0.1)/мкм
D(v,0.9)/мкм
Интервал
Остаток/%
2,90
1,44
2,03
0,67
6,45
2,84
0,79
Е10% оливковое масло с соей 090706 поперечная сшивка 80°C 15 мин
D[4,3]/мкм
D[3,2]/мкм
D(v,0.5)/мкм
D(v,0.1)/мкм
D(v,0.9)/мкм
Интервал
Остаток/%
2,87
1,48
1,97
0,70
6,34
2,86
0,26
Распылительная сушка
Проводили распылительную сушку 10% поперечно-сшитой эмульсии в распылительной мини-сушилке Buchi 190 (температура на входе 126°C, на выходе 84°C). Полученный твердый масляный порошок показан на фигуре 3.