ЭМУЛЬСИИ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ЧАСТИЦАМИ СЪЕДОБНОЙ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ СОЛИ
EMULSIONS STABILISED BY PARTICLES OF EDIBLE INORGANIC SALT

Настоящее изобретение относится к эмульсиям. В частности, оно относится к эмульсии, включающей по меньшей мере одну водную фазу и по меньшей мере одну липидную фазу, где эмульсия стабилизирована частицами съедобной неорганической соли, имеющей растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и где частицы содержат от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на их поверхности. Другие аспекты изобретения относятся к композиции, содержащей эмульсию, и к способу производства двойной эмульсии.
Эмульсия состоит из смеси двух или более липидов, которые при обычных условиях являются несмешиваемыми. Одна или несколько жидкостей, дисперсная фаза, диспергирована в другой, непрерывной фазе. Например, в эмульсии масло-в-воде масло является дисперсной фазой, а вода является непрерывной фазой. Эмульсии являются обычными для продуктов питания, таких как майонез, заправки для салатов, соусы, мороженое и молоко; и они часто применяются в фармацевтических средствах, парикмахерских продуктах, средствах личной гигиены и косметических продуктах. Обычные эмульсии являются по своей природе нестабильными, и таким образом, не образуются спонтанно. Приложение энергии, такое как встряхивание или смешивание, необходимо для формирования эмульсии. Эмульсии имеют тенденцию со временем возвращаться к стабильному состоянию фаз, содержащихся в эмульсии. Примером этого является разделение масляного и уксусного компонентов в простой винегретной заправке для салатов, нестабильной эмульсии, которая быстро разделяется, если не проводить почти постоянное встряхивание.
Стабильность эмульсии является способностью эмульсии к противодействию изменениям свойств со временем. Нестабильность обусловлена главным образом 3 феноменами: стекание, Оствальдовское созревание и коалесценция. Отекание или расслоение отмечается, когда одно из веществ мигрирует наверх эмульсии из-за плавучести. Оствальдовское созревание является термодинамически управляемым процессом, обусловленным разницей осмотического давления в капельках различных размеров. Оно приводит к диффузии молекул из мелких капелек в более крупные через непрерывную фазу. Коалесценция является процессом, при котором две или больше капелек сливаются при контакте с формированием одной дочерней капельки. Как правило, все три феномена происходят одновременно, что приводит к нестабильности эмульсии и в итоге к исчезновению капелек и к возврату к системе с полностью разделенными фазами.
Эмульгаторы являются веществами, стабилизирующими эмульсию путем повышения ее кинетической стабильности. Один класс эмульгаторов известен как «поверхностно-активные вещества» или ПАВты. Например, добавление горчицы к винегретной заправке для салатов может повышать стабильность этой эмульсии, поскольку химические вещества в слизи, окружающей шелуху горчичного семени, действуют в качестве эмульгаторов. Эмульсия в конце концов расслаивается, но сохраняется дольше, чем масло и уксус по отдельности. Доступно большое число коммерческих эмульгаторов, таких как лецитины, белки и низкомолекулярные эмульгаторы.
Также известны частицы, способные стабилизировать эмульсии. Эмульсии, стабилизированные частицами, иногда обозначаются как эмульсии Пикеринга [S.U. Pickering, J. Chem. Soc. Trans., 91, 2001 (1907)]. За последние 10-15 лет был достигнут значительный прогресс, касающийся лучшего понимания стабилизированных частицами эмульсий с теоретической и практической точки зрения. Однако большинство частиц, используемых в этих исследованиях, являются синтетическими, часто неорганическими материалами, которые имеют ограниченную возможность применения в пищевых или фармацевтических приложениях. Частицы двуокиси кремния применялись для стабилизации эмульсий, но они, как правило, являются частично гидрофобизированными (т.е. до некоторой степени гидрофобными) с адсорбированными молекулами или полимерами непищевого качества, или даже токсичными. Необходимо разработать другие частицы для стабилизации эмульсий, имеющие натуральное происхождение и пригодные для применения в этих приложениях. Эмульсии стабилизировали спорами [В.P. Binks et al., Langmuir, 23, 9143 (2007)], гранулами химически модифицированного крахмала, целлюлозными частицами и нерастворимым в воде белком зеином [J.W.J, de Folter et al., Soft Matter, 8, 2807 (2012)].
Двойные эмульсии, или множественные эмульсии можно рассматривать как эмульсию из эмульсии, где капельки одной диспергированной жидкости дополнительно диспергированы в другой жидкости. Главными типами двойных эмульсий являются двойные эмульсии вода-в-масле-в-воде (в/м/в) или масло-в-воде-в-масле (м/в/м). В настоящей заявке капли инкапсулированной эмульсии обозначаются как «капельки», а капли инкапсулирующей эмульсии обозначаются как «глобулы». Например, в эмульсии вода-в-масле-в-воде масляные глобулы, которые диспергированы в водной фазе, сами содержат маленькие капельки воды.
Эмульсии вода-в-масле-в-воде можно применять для снижения содержания жира в продуктах питания. Например, WO 2009/003960 описывает, как можно снизить содержание жира в майонезе, который традиционно является эмульсией масло-в-воде, путем замены диспергированной масляной фазы эмульсией вода-в-масле. Эмульсия в/м/в стабилизирована смесью эмульгаторов, с внешней водной фазой, содержащей по меньшей мере один гидрофобный полимер или агрегат полимеров.
Главной проблемой получения двойных эмульсий является достижение приемлемой стабильности. Большинство решений, предложенных к настоящему времени, основано на надлежащем выборе используемых эмульгаторов. Например, ЕР 0731685 описывает стабильную множественную эмульсию, полученную с применением эмульгаторов, имеющих значение ГЛБ меньше 6. ЕР 0631774 также описывает устойчивые при храпении множественные эмульсии, содержащие особые гидрофобные и гидрофильные эмульгаторы. Подобным образом, WO 03/049553 относится к стабильным множественным эмульсиям, полученных путем подбора подходящих эмульгаторов, используемых для внутренней эмульсии вода-в-масле и для внешней эмульсии масло-в-воде. US 2003/0175317 описывает двойные эмульсии, стабилизированные корпускулярными твердыми веществами, например, смесью гидрофильного и гидрофобного диоксида кремния, гидрофобизированного посредством силилирования. Однако остается место для усовершенствования. Предпочтительна возможность получения стабильных составов с эмульгаторами и стабилизаторами пищевого качества вместо синтетических ПАВтов и полимеров, которые традиционно применяют в большинстве фармацевтических и косметических приложений. Многие потребители обеспокоены наличием добавок в продуктах питания. Предпочтительно обеспечить эмульсии, стабилизированные материалами пищевого качества, которые не вводят большого числа дополнительных ингредиентов в перечень ингредиентов, особенно тех, которые незнакомы для потребителя, или которые он считает искусственными. В частности, предпочтительно обеспечить двойные эмульсии, стабилизированные небольшим числом съедобных материалов.
Задачей настоящего изобретения является усовершенствование предшествующего уровня техники и обеспечение улучшенного решения для преодоления по меньшей мере некоторых недостатков, описанных выше, или по меньшей мере обеспечение полезной альтернативы. Любая ссылка на документы предшествующего уровня техники в настоящем описании не должна рассматриваться как признание того, что такой предшествующий уровень техники хорошо известен или является частью общих знаний в данной области техники. Как применяется в настоящей заявке, термины «включает», «включающий» и подобные выражения не должны интерпретироваться в исключительном или исчерпывающем смысле. Другими словами, они означают «включая, но не ограничиваясь».
Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает в нервом аспекте съедобную эмульсию, включающую по меньшей мере одну водную фазу и по меньшей мере одну липидную фазу, где эмульсия стабилизирована частицами съедобной неорганической соли, имеющей растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и где частицы содержат от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на их поверхности. Во втором аспекте изобретение относится к композиции, содержащей указанную эмульсию. В третьем аспекте изобретение относится к способу получения двойной эмульсии, включающему этапы: формирования водной дисперсии частиц съедобной неорганической соли, содержащей от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на их поверхности, где съедобная неорганическая соль имеет растворимость меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С6-С12 жирными кислотами; формирования масляной дисперсии частиц съедобной неорганической соли, содержащей от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на их поверхности, где съедобная неорганическая соль имеет растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С16-С22 жирными кислотами; и либо эмульгирования масляной фазы в указанной водной дисперсии до получения эмульсии масло-в-воде и эмульгирования эмульсии масло-в-воде в указанной масляной дисперсии до получения эмульсии масло-в-воде-в-масле, либо эмульгирования водной фазы в указанной масляной дисперсии до получения эмульсии вода-в-масле, и эмульгирования эмульсии вода-в-масле в указанной водной дисперсии до получения эмульсии вода-в-масле-в-воде.
Авторы изобретения вначале пытались стабилизировать эмульсии масло-в-воде с применением не покрытых частиц съедобной неорганической соли, осажденного карбоната кальция. Однако полученные эмульсии не были достаточно стабильными при сдвиговом усилии, их средний диаметр капелек не контролировался, и их индекс полидисперсности был высоким. Авторы изобретения неожиданно установили, что путем адсорбции жирных кислот на частицах, например, каприловой кислоты (С8:0), можно получить эмульсии масло-в-воде с хорошей устойчивостью к сдвигу, имеющие капельки с узким распределением по размеру и сферической формой. Авторы изобретения установили, что при использовании частиц, покрытых жирной кислотой с более длинной цепью, такой как стеариновая кислота (С18:0), можно стабилизировать эмульсии вода-в-масле.
Авторы изобретения исследовали образование двойных эмульсий. Они неожиданно установили, что вместо использования сложной смеси эмульгаторов, можно было получить двойную эмульсию с применением частиц, содержащих жирные кислоты, нанесенные или адсорбированные на их поверхности. Например, авторы изобретения сформировали стабильные двойные эмульсии путем применения частиц карбоната кальция с каприловой кислотой, адсорбированной на их поверхности, для стабилизации границы раздела масло-в-воде, и частиц карбоната кальция, покрытых стеариновой кислотой для стабилизации границы раздела вода-в-масле.
Фигура 1 показывает изображения при оптической микроскопии эмульсий трикаприлина-в-воде, стабилизированных 2 масс. % дисперсией частиц осажденного карбоната кальция, функционализированных различными количествами каприловой кислоты. Изображения были получены спустя один час после эмульгирования, и образцы осторожно гомогенизировали встряхиванием вручную перед наблюдением. Масштаб шкалы 500 мкм.
Фигура 2 показывает изображения при оптической микроскопии эмульсий воды-в-миглиоле, стабилизированных различными количествами частиц осажденного карбоната кальция, покрытых 3 масс. % стеариновой кислоты. Изображения были получены спустя один час после эмульгирования, и образцы осторожно гомогенизировали встряхиванием вручную перед наблюдением. Масштаб шкалы 200 мкм.
Фигура 3 показывает изображения при оптической микроскопии (а) эмульсии 1, эмульсии миглиола-в-воде (10/90 об. %), и (b), (с) и (d) эмульсии 2, эмульсии (миглиола-в-воде)-в-миглиоле при 20/80 об. %. Изображения были получены спустя один час после эмульгирования, и образцы осторожно гомогенизировали встряхиванием вручную перед наблюдением. Масштаб шкалы 100 мкм для (а), (с), (d), и 500 мкм для (b).
Фигура 4 показывает изображения при оптической микроскопии эмульсии 2, эмульсии (миглиола-в-воде)-в-миглиоле при 20/80 об. % спустя 1, 10 и 100 дней. Образцы осторожно гомогенизировали встряхиванием вручную перед наблюдением. Масштаб шкалы 200 мкм.
Фигура 5 показывает изображения при оптической микроскопии (а) эмульсии 1, эмульсии вода-в-миглиоле (20/80 об. %) и (b) эмульсии 1, эмульсии воды-в-рапсовом масле (20/80 об. %). Изображения были получены спустя один час после эмульгирования, и образцы осторожно гомогенизировали встряхиванием вручную перед наблюдением. Масштаб шкалы 200 мкм.
Фигура 6 показывает изображения при оптической микроскопии эмульсии 2, эмульсии (вода-в-миглиоле)-в-воде (20/80%) спустя 1, 10 и 100 дней после эмульгирования. Образцы осторожно гомогенизировали встряхиванием вручную перед наблюдением. Масштаб шкалы 200 мкм.
Фигура 7 показывает изображения при оптической микроскопии эмульсии 2, эмульсии (вода-в-рапсовом масле)-в-воде (20/80%) спустя 1, 10 и 100 дней после эмульгирования. Образцы осторожно гомогенизировали встряхиванием вручную перед наблюдением. Масштаб шкалы 200 мкм.
Соответственно, настоящее изобретение относится, в частности, к съедобной эмульсии, включающей по меньшей мере одну водную фазу и по меньшей мере одну липидную фазу, где эмульсия стабилизирована частицами съедобной неорганической соли, имеющей растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и где частицы содержат от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных па их поверхности. Эмульсия может быть стабилизирована частицами съедобной неорганической соли, расположенными на границе(ах) раздела фаз. Большинство частиц съедобной неорганической соли может быть расположено на границе(ах) раздела фаз. Низкая растворимость неорганической соли в воде позволяет применять водную среду без растворения до ощутимой степени.
Термин «съедобный» означает вещества, которые можно безопасно употреблять в пищу. В то время как настоящее изобретение не ограничивается веществами, разрешенными для употребления любой конкретной юрисдикцией, съедобные эмульсии могут, например, состоять из материалов, разрешенных для употребления человеком Управлением контроля продуктов питания и лекарственных средств США. Термин «водная фаза» означает часть на основе воды из системы, состоящей из двух или более фаз, в то время как «липидная фаза» является не смешиваемой с водой частью, как правило, на основе масла. Водная фаза может быть водой или водным раствором. По меньшей мере одна липидная фаза может состоять из любых неполярных веществ, которые не полностью растворимы в воде. По меньшей мере одна липидная фаза может содержать растворенные вещества, такие как растворимые в масле соединения. Вся липидная фаза может составлять от 5 до 95 масс. % от эмульсии, например, от 15 до 85 масс. %. от эмульсии. Общая водная фаза может составлять от 5 до 95 масс. % от эмульсии, например, от 15 до 85 масс. % эмульсии.
Эмульсия может быть стабилизирована частицами съедобной неорганической соли, содержащей от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на их поверхности, например, от 3 до 12 масс. %, жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на их поверхности. Массовое процентное содержание жирных кислот рассчитывают на основе массы не покрытых частиц.
Съедобная неорганическая соль, имеющая растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, включает кальция карбонат, кальция сульфат, магния карбонат, железа оксид, кремния диоксид и титана диоксид. Эмульсия из настоящего изобретения может быть стабилизирована такими съедобными частицами. Неорганические соли могут предпочтительно обеспечивать важные диетические минералы, когда эмульсию применяют в питании, например, магния карбонат обеспечивает пищевой источник магния. Эмульсия предпочтительно является съедобной, даже когда эмульсию не применяют в качестве пищи. Например, эмульсии применяются в косметических продуктах, таких как солнцезащитные средства, и они могут быть случайно проглочены. Таким образом, титана диоксид, обычно применяемый в солнцезащитных средствах, также предпочтительно можно применять для стабилизации эмульсий.
Жирные кислоты являются карбоновыми кислотами с длинным алифатическим хвостом (цепью), который является насыщенным или ненасыщенным. Большинство натуральных жирных кислот имеют цепь из четного числа углеродных атомов, от 4 до 28. Жирные кислоты находятся в пищевых жирах, обычно этерифицированных глицерином. Предпочтительно иметь возможность к стабилизации съедобной эмульсии с ингредиентами, знакомыми для потребителей, и которые можно получить из натуральных источников. Жирные кислоты можно получить из глицериновых сложных эфиров жирных кислот, например, путем гидролиза. Термин «жирные кислоты» в контексте настоящего изобретения означает жирные кислоты как таковые, он не включает другие молекулы, которые имеют структуру жирной кислоты как части молекулы, например, он не включает жирные кислоты, этерифицированные молекулой глицерина, такие как моноглицериды, диглицериды или триглицериды.
Съедобные неорганические соли в эмульсии из настоящего изобретения могут быть кальция карбонатом или кальция сульфатом. И кальция карбонат, и кальция сульфат обеспечивают пищевой источник кальция. Кальция карбонат является натуральным минералом. Он находится в яичной скорлупе и раковинах, таких как раковины устриц, а также присутствует в темно-зеленых овощах, таких как брокколи и кормовая капуста. Кальция сульфат также является натуральным минералом, например, в форме гипса.
Частицы съедобной неорганической соли могут присутствовать на уровне от 0,01 до 5 масс. % от эмульсии, например, от 1 до 3 масс. % от эмульсии. Массовое процентное содержание рассчитывают на основе не покрытых частиц в процентах от всей эмульсии.
Жирные кислоты, нанесенные или адсорбированные на частицах съедобной неорганической соли, могут быть преимущественно жирными кислотами с длиной цепи от 6 до 22 углеродных атомов. Жирные кислоты могут быть насыщенными или ненасыщенными алифатическими жирными кислотами. Жирные кислоты с короткой цепью, как правило, имеют сильный запах, что затрудняет их применение в пищевых приложениях, в то время как жирные кислоты с очень длинной цепью имеют высокие точки плавления, что затрудняет их включение в пищевые ингредиенты и придает восковое вкусовое впечатление. Жирные кислоты, нанесенные или адсорбированные на частицах, могут быть смесями из различных жирных кислот. Жирные кислоты могут быть выбраны из группы, состоящей из гексановой кислоты, каприловой кислоты, каприновой кислоты, лауриновой кислоты, миристиновой кислоты, пальмитиновой кислоты, стеариновой кислоты, арахидиновой кислоты, бегеновой кислоты, и их комбинаций. Предпочтительно, по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на частицах, имеют от 6 до 22 углеродных атомов.
Съедобная эмульсия из настоящего изобретения может быть двойной эмульсией. Например, эмульсия может быть эмульсией вода-в-масле-в-воде (в/м/в) или масло-в-воде-в-масле (м/в/м). Как правило, двойные эмульсии требуют по меньшей мере двух различных эмульгаторов, одного для границы раздела масло-в-воде и другого для границы раздела вода-в-масле. В двойных эмульсиях пищевого качества эмульсию обычно стабилизируют белками и высокими уровнями ПАВ, таких как полиглицерин-полирицинолеат. Адсорбция молекул ПАВ на границе раздела является обратимой, что приводит к ограниченной стабильности как внутренних капелек, так и внешних глобул. Желирующие агенты и материалы, повышающие вязкость, можно добавлять к водной и липидной фазам для повышения стабильности двойной эмульсии, но несмотря на это, продукты питания на основе двойных эмульсий, как правило, имеют короткий срок годности. Частицы съедобной неорганической соли, используемые в двойной эмульсии из настоящего изобретения, необратимо адсорбируются на границах раздела фаз масло-вводе и вода-в-масле, приводя к улучшению стабильности. Кроме того, многим потребителям не нравится длинный перечень добавок в списке ингредиентов продукта питания, так что, например, предпочтительно иметь возможность стабилизации двойной эмульсии просто частицами съедобной неорганической соли и жирных кислот, которые вполне пригодны в качестве пищевых ингредиентов.
Частицы съедобной неорганической соли могут быть гидрофобизированы до различной степени путем нанесения или адсорбции жирных кислот на их поверхность. Жирные кислоты можно, например, нанести на порошок неорганической соли с применение системы нанесения покрытия в псевдоожиженном слое. Жирные кислоты можно, например, адсорбировать на частицах съедобной неорганической соли путем формирования водной дисперсии частиц неорганической соли вместе с жирными кислотами с применением ультразвука. Не углубляясь в теорию, считается, что благодаря частичной растворимости в воде и процессу с высокими затратами энергии, жирные кислоты могут достигать поверхности частиц и оставаться адсорбированными из-за электростатических взаимодействий. Частицы, приготовленные таким способом, могут также быть описаны как частицы, «функционализированные» жирными кислотами. Путем применения частиц, гидрофобизированных до различной степени, можно диспергировать частицы в водной фазе (частицы с меньшей гидрофобностью) или в липидной фазе (частицы с более высокой гидрофобностью). Частицы, гидрофобизированные до разной степени, можно применять для стабилизации эмульсий масло-в-воде и вода-в-масле. Например, эмульсию мало-в-воде можно приготовить путем добавления масла к дисперсии частиц с меньшей гидрофобностью в воде. Частицы занимают границу раздела фаз вода-в-масле, и следовательно, стабилизируют эмульсию. Либо, например, эмульсию вода-в-масле можно приготовить путем добавления воды к дисперсии частиц с более высокой гидрофобностью в масле. Частицы занимают границу раздела фаз масло-в-воде, и следовательно, стабилизируют эмульсию.
Авторы изобретения установили, что частицы съедобной неорганической соли, гидрофобизированные до различной степени, особо полезны в приготовлении двойных эмульсий. Съедобная эмульсия из настоящего изобретения применяет два типа частиц съедобной неорганической соли; частицы с меньшей гидрофобностью, содержащие жирные кислоты, нанесенные или адсорбированные на их поверхности, так что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С6-С12 жирными кислотами; и частицы с более высокой гидрофобностью, содержащие жирные кислоты, нанесенные или адсорбированные на их поверхности, так что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С16-С22 жирными кислотами. Например, частицы с меньшей гидрофобностью могут иметь жирные кислоты, нанесенные или адсорбированные на их поверхности, гак что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С8-С10 жирными кислотами; а частицы с более высокой гидрофобностью могут иметь жирные кислоты, нанесенные или адсорбированные на их поверхности, так что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С18-С20 жирными кислотами. В другом примере частицы с меньшей гидрофобностью могут иметь жирные кислоты, нанесенные или адсорбированные на их поверхности, так что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С8 жирными кислотами; а частицы с более высокой гидрофобностью могут иметь жирные кислоты, нанесенные или адсорбированные на их поверхности, так что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С18 жирными кислотами.
Меньшие жирные кислоты легче адсорбируются на частицах с применением методики диспергирования в воде, поскольку они обладают большей растворимостью в воде. Соответственно, частицы с меньшей гидрофобностью могут иметь жирные кислоты, адсорбированные на их поверхности, так что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С6-С12 жирными кислотами; а частицы с более высокой гидрофобностью могут иметь жирные кислоты, нанесенные на их поверхности, так что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С16-С22 жирными кислотами. Например, частицы с меньшей гидрофобностью могут иметь жирные кислоты, адсорбированные на их поверхности, так что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С8-С10 жирными кислотами; а частицы с более высокой гидрофобностью могут иметь жирные кислоты, нанесенные на их поверхности, так что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С18-С20 жирными кислотами. Например, частицы с меньшей гидрофобностью могут иметь жирные кислоты, адсорбированные на их поверхности, так что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С8 жирными кислотами; а частицы с более высокой гидрофобностью могут иметь жирные кислоты, нанесенные на их поверхности, так что по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С18 жирными кислотами.
В съедобной двойной эмульсии из настоящего изобретения большинство частиц с меньшей гидрофобностью может находиться на границе раздела фаз масло-в-воде, а большинство частиц с более высокой гидрофобностью может находиться на границе раздела фаз вода-в-масле. Например, 60 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на частицы на границе раздела фаз масло-в-воде, могут быть С6-С12 жирными кислотами; а 60 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на частицы на границе раздела фаз вода-в-масле, могут быть С16-С22 жирными кислотами. В другом примере 60 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на частицы на границе раздела фаз масло-в-воде, могут быть С8-С10 жирными кислотами; а 60 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на частицы на границе раздела фаз вода-в-масле, могут быть С18-С20 жирными кислотами. В еще одном примере 60 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на частицы на границе раздела фаз масло-в-воде, могут быть С8 жирными кислотами; а 60 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на частицы на границе раздела фаз вода-в-масле, могут быть С18 жирными кислотами. Содержание жирных кислот в массовых процентах рассчитывают на основе не покрытых частиц. В двойной эмульсии вода-в-масле-в-воде граница раздела фаз вода-в-масле находится между капелек водной фазы, окруженных липидной фазой в инкапсулированной эмульсии, а граница раздела фаз масло-в-воде находится между глобул инкапсулированной эмульсии и водной непрерывной фазой. В двойной эмульсии масло-в-воде-в-масле граница раздела фаз масло-в-воде находится между капелек липидной фазы, окруженных водной фазой в инкапсулированной эмульсии, а граница раздела фаз вода-в-масле находится между глобулами инкапсулированной эмульсии и липидной непрерывной фазой.
По меньшей мере одна липидная фаза эмульсии из настоящего изобретения может содержать масла, выбранные из группы, состоящей из эфирных масел, подсолнечного масла, оливкового масла, пальмового масла, кокосового масла, арахисового масла, пальмоядрового масла, кукурузного масла, масла лесного ореха, кунжутного масла и их смесей. Эфирные масла могут быть маслом из растительного материала, выбранного из группы, состоящей из душицы, чеснока, имбиря, розы, горчицы, корицы, розмарина, апельсина, грейпфрута, лайма, лимона, лемонграсса, гвоздики, листьев гвоздичного дерева, ванили, ванилина, мяты, чайного дерева, чабреца, виноградных косточек, кинзы, лайма, кориандра, шалфея, эвкалипта, лаванды, оливок, листьев оливкового дерева, аниса, базилика, душистого перца, укропа, герани, эвкалипта, аниса, камфары, сосновой коры, лука, зеленого чая, апельсина, горькой полыни, укропа, цитруса, майорана, шалфея, базилика эвгенольного, тимьяна обыкновенного, челнобородника лимонного, имбиря аптечного, монодоры мускатной, и куркумы длинной, или их комбинаций. Эти масла особенно пригодны для применения в продуктах питания, питательных композициях или косметике.
По меньшей мере одна липидная фаза из эмульсии из настоящего изобретения может содержать растворимые в масле биоактивные соединения. Эмульсия масло-в-воде или эмульсия масло-в-воде-в-масле может предпочтительно применяться для доставки растворимых в масле биоактивных соединений, растворенных в капельках масла. Биоактивные соединения, содержащиеся в диспергированных капельках масла, могут быть лучше защищены от разрушения, вызванного такими процессами, как окисление. В объеме настоящего изобретения термин «биоактивное соединение» необходимо понимать, как обозначающий молекулы или компоненты, демонстрирующие биологическую активность или влияние на здоровье при пероральном приеме или нанесении в составе косметики. Биоактивные соединения могут быть выбраны из группы, состоящей из липофильных каротиноидов, полифенолов; витаминов, например, витаминов А и D; флавоноидов, изофлавонов, куркуминоидов, церамидов, проантоцианидинов, терпеноидов, кофеина, стеролов, фитостеролов, стерол-эфиров, токотриенолов, сквалена, ретиноидов, и их комбинаций.
Съедобная эмульсия из настоящего изобретения может иметь рН от 3 до 8, когда съедобной неорганической солью является кальция карбонат, например, от 4 до 7. Этот диапазон рН охватывает значения, обычно применяемые в продуктах питания, и таким образом, предпочтительно иметь возможность к стабилизации эмульсий в этом диапазоне рН для применения в кулинарии.
Стабилизированная частицами эмульсия из настоящего изобретения имеет отличную устойчивость к коалесцепции. Съедобная эмульсия ин настоящего изобретения может быть устойчивой к коалесценции в течение по меньшей мере 10 дней, например, она может быть устойчивой к коалесценции в течение по меньшей мере 50 дней, например, она может быть устойчивой к коалесценции в течение по меньшей мере 100 дней. «Устойчивая к коалесценции» означает, что эмульсии, хранящиеся неподвижно при температуре от 4°C до 20°C, не проявляют повышения среднего диаметра капелек более чем на 10%.
Частицы съедобной неорганической соли в эмульсии из настоящего изобретения могут иметь средний диаметр меньше 10 мкм, например, меньше 1 мкм, например, меньше 100 нм. Термин «средний диаметр» означает средний диаметр поверхности D[3;2]. Частицы съедобной неорганической соли могут быть осажденным кальция карбонатом. Осажденный кальция карбонат, как правило, имеет меньший размер частиц, чем другие типы кальция карбоната, такие как молотый кальция карбонат.
В другом аспекте изобретение обеспечивает композицию, включающую эмульсию из настоящего изобретения. Композиция может быть пищевой композицией, напитком; усилителем вкуса и запаха напитка, например, забеливателем для кофе; косметической композицией, фармацевтической композицией, питательной композицией, или составом для кормления через зонд.
Эмульсия из настоящего изобретения может применяться в напитке. Например, эмульсии можно применять для введения гидрофобных питательных ингредиентов в готовые к употреблению напитки, где питательный ингредиент присутствует в дисперсной липидной фазе. В безалкогольных напитках эмульсии могут обеспечивать цвет, необходимый мутный внешний вид или аромат, например, дисперсии ароматических масел. Напиток может быть выбран из группы, состоящей из напитков на водной основе в бутылках, энергетических напитков, молочных напитков и чайных напитков.
Для косметических продуктов могут быть полезен диапазон текстур, которые могут быть получены с эмульсиями из настоящего изобретения, а также возможность включения жирорастворимых биоактивных материалов в капельки масла. В фармацевтических композициях двойные эмульсии можно применять для защиты чувствительных компонентов, и для маскировки неприятного вкуса некоторых фармацевтически активных материалов. Применение частиц для стабилизации эмульсий позволяет получать эмульсии с непрерывной фазой с низкой вязкостью. Это способствует потоку эмульсии и поэтому является преимуществом для композиций для кормления через зонд. Путем включения активных ингредиентов во внутреннюю водную фазу двойных эмульсий м/в/м можно добиться направленного высвобождения в желудочно-кишечной системе. Композиция, содержащая эмульсию из настоящего изобретения, может быть питательной композицией. Питательная композиция может быть полной питательной композицией, обеспечивающей достаточные типы и уровни макронутриентов (белков, жиров и углеводов) и микронутриентов, чтобы быть достаточной в качестве единственного источника питания для субъекта, у которого ее применяют. Питательная композиция может также обеспечивать частичное питание, чтобы действовать в качестве добавки в существующий рацион субъекта.
Стабильность эмульсии из настоящего изобретения и съедобная природа ее компонентов делают ее идеальной для применения в продуктах питания, например, таких эмульсиях, как майонез, спреды с низким содержанием жира, винегретная заправка, мороженое, соусы и супы. Частицы съедобной неорганической соли и жирные кислоты также считаются более приемлемыми для потребителей, чем явно синтетические химические наименования многих коммерческих пищевых эмульгаторов, особенно тех, которые применяются для стабилизации двойных эмульсий. Двойные эмульсии имеют ряд ценных приложений в продуктах питания. Их можно применять для инкапсулирования или защиты чувствительных и активных пищевых компонентов от внешней среды, например, для защиты против окисления продукта, такого как омега-3-обогащенный спред из тунца, являющегося эмульсией м/в/м с омега-3 маслами во внутренних капельках масла. Двойные эмульсии можно применять для контроля высвобождения запаха и вкуса или для получения продуктов питания со сниженным содержанием масла или жира. Пищевая композиция, содержащая эмульсию из настоящего изобретения, может быть молочным продуктом, мороженым, соусом, супом, спредом, десертом, кондитерским продуктом, хлебобулочным продуктом, заправкой для салатов или кормом для животных.
Натрий, находящийся в поваренной соли (хлорид натрия), является важным для контроля количества воды в организме, поддержания нормального значения рН крови, передачи нервных сигналов и облегчения сокращения мышц. Соль присутствует в продуктах питания в различных количествах, но слишком большое потребление может оказывать отрицательное влияние на здоровье. Всемирная Организация Здравоохранения рекомендует взрослым потреблять не более примерно одной чайной ложки соли в сутки на одного индивидуума. В мировом масштабе многие правительства и органы здравоохранения предпринимают меры, позволяющие людям снижать потребление соли. Двойная эмульсия в соответствии с настоящим изобретением может применяться для усиления ощущения соленого вкуса в продукте питания. Например, в супе, который является эмульсией масло-в-воде, приправленной натрия хлоридом, натрия хлорид растворен главным образом в непрерывной водной фазе. Путем включения некоторой части воды в виде капелек в дисперсной масляной фазе, другими словами, создания эмульсии в/м/в, и обеспечения наличия натрия хлорида только в непрерывной водной фазе, но не в капельках воды, можно поддержать концентрацию натрия хлорида в непрерывной фазе, при этом снизив общую концентрацию натрия хлорида в супе. Это может позволить сохранить ощущение соленого вкуса при сниженном общем содержании натрия хлорида в супе. Двойные эмульсии в соответствии с настоящим изобретением, стабилизированные частицами съедобной неорганической соли, особенно пригодны для усиления ощущения соленого вкуса таким способом, поскольку на эффективность частиц в качестве стабилизаторов эмульсии не влияет ионная сила водной фазы. Это позволяет поддерживать локально высокие концентрации соли. Пищевая композиция, включающая эмульсию из настоящего изобретения, может содержать 140 мг натрия или меньше на 100 г. Управление контроля продуктов питания и лекарственных средств США определяет пищу и основные блюда как «имеющие низкое содержание натрия», если они содержат 140 мг натрия или меньше на 100 г. Управление контроля продуктов питания и лекарственных средств США определяет пищу и основные блюда как «имеющие очень низкое содержание натрия», если они содержат 35 мг натрия или меньше на 100 г. Пищевая композиция, содержащая эмульсию из настоящего изобретения, может содержать 35 мг натрия или меньше на 100 г.
Съедобная эмульсия масло-в-воде в соответствии с настоящим изобретением может быть произведена с помощью этапов получения водной дисперсии частиц съедобной неорганической соли, содержащей от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на их поверхности, где съедобная неорганическая соль имеет растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и где по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С6-С12 жирными кислотами; и эмульгирования масляной фазы в указанной водной дисперсии. Частицы, содержащие жирные кислоты с меньшей длиной цепи, адсорбированные или нанесенные на их поверхности, можно предпочтительно применять для образования водной дисперсии, поскольку они обладают некоторой аффинностью к воде. Они способны затем действовать в качестве эмульгаторов и стабилизировать капельки масла в водной дисперсии. Как обсуждалось выше, жирные кислоты могут адсорбироваться на частицах путем формирования водной дисперсии частиц вместе с жирными кислотами при использовании ультразвука. Это удобно, поскольку непосредственно приводит к получению водной дисперсии частиц, содержащих жирные кислоты, адсорбированные на их поверхности, которую можно применять для эмульгирования масла, и таким образом, к получению эмульсии масло-вводе. Также можно нанести жирные кислоты на съедобную неорганическую соль, таким способом, как в устройстве для нанесения покрытий в псевдоожиженном слое, но это может быть менее эффективным, поскольку требует дополнительных затрат на оборудование (аппарат для нанесения покрытий). Соответственно, съедобная эмульсия масло-в-воде в соответствии с настоящим изобретением может быть произведена посредством этапов получения водной дисперсии частиц съедобной неорганической соли вместе с жирными кислотами при использовании ультразвука, так чтобы частицы содержали от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот, адсорбированных на их поверхности, где съедобная неорганическая соль имеет растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и где по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С6-С12 жирными кислотами; и эмульгирования указанной масляной фазы в указанной водной дисперсии.
Съедобная эмульсия вода-в-масле в соответствии с настоящим изобретением может быть произведена посредством этапов образования масляной дисперсии частиц съедобной неорганической соли, содержащих от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот, нанесенных или адсорбированных на их поверхности, где съедобная неорганическая соли имеет растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и где по меньшей мерс 80 масс. % жирных кислот являются С16-С22 жирными кислотами; и эмульгирования водной фазы в указанной масляной дисперсии.
В другом аспекте изобретение обеспечивает способ производства двойной эмульсии, включающий этапы получения водной дисперсии частиц съедобной неорганической соли, содержащих от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот (например, от 2 до 12 масс. % жирных кислот), нанесенных или адсорбированных на их поверхности, где съедобная неорганическая соль имеет растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и где по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С6-С12 жирными кислотами (например, по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С8-С10 жирными кислотами); получения масляной дисперсии частиц съедобной неорганической соли, содержащих от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот (например, от 2 до 12 масс. % жирных кислот), нанесенных или адсорбированных на их поверхности, где съедобная неорганическая соль имеет растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и где по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С16-С22 жирными кислотами (например, по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С18-С20 жирными кислотами); и либо эмульгирования масляной фазы в указанной водной дисперсии до образования эмульсии масло-в-воде, и эмульгирования эмульсии масло-в-воде в указанной масляной дисперсии до образования эмульсии мало-в-воде-в-масле; или эмульгирования водной фазы в указанной масляной дисперсии до образования эмульсии вода-в-масле, и эмульгирования эмульсии вода-в-масле в указанной водной дисперсии до получения эмульсии вода-в-масле-в-воде.
Как обсуждалось выше, жирные кислоты могут быть адсорбированы на частицах съедобной неорганической соли путем получения водной дисперсии частиц вместе с жирными кислотами при использовании ультразвука, который удобно напрямую приводит к получению водной дисперсии частиц, содержащих жирные кислоты, адсорбированные на их поверхности. Соответственно, способ производства двойной эмульсии из настоящего изобретения может включать этапы получения водной дисперсии частиц съедобной неорганической соли, содержащих от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот (например, от 2 до 12 масс. % жирных кислот), адсорбированных на их поверхности, где съедобная неорганическая соль имеет растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и где по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С6-С12 жирными кислотами (например, по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С8-С10 жирными кислотами); получения масляной дисперсии частиц съедобной неорганической соли, содержащих от 0,5 до 20 масс. % жирных кислот (например, от 2 до 12 масс. % жирных кислот), нанесенных или адсорбированных на их поверхности, где съедобная неорганическая соль имеет растворимость в воде меньше 1 г на 100 мл при 20°C, и где по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С16-С22 жирными кислотами (например, по меньшей мере 80 масс. % жирных кислот являются С18-С20 жирными кислотами); и либо эмульгирования масляной фазы в указанной водной дисперсии до получения эмульсии масло-в-воде, и эмульгирования эмульсии масло-в-воде в указанной масляной дисперсии до получения эмульсии масло-в-воде-в-масле; либо эмульгирования водной фазы в указанной масляной дисперсии до получения эмульсии вода-в-масле, и эмульгирования эмульсии вода-в-масле в указанной водной дисперсии до получения эмульсии вода-в-масле-в-воде.
Специалистам в данной области техники понятно, что можно свободно комбинировать все характеристики настоящего изобретения, раскрытые в настоящей заявке. В частности, характеристики, описанные для продукта из настоящего изобретения, можно объединять со способом из настоящего изобретения, и наоборот. Далее, можно объединять характеристики, описанные для различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Если существуют известные эквиваленты специфических характеристик, такие эквиваленты включены, как если бы они специально упоминались в данном описании. Дополнительные преимущества и характеристики настоящего изобретения станут понятными из фигур и не ограничивающих примеров.
Примеры
Пример 1. Эмульсия масло-в-воде
Водную дисперсию получали путем диспергирования не покрытого осажденного кальция карбоната (CALOFORT™ U, Speciality Minerals) в 10 мл воды на уровне 5 масс. % при 0-20 масс. %) каприловой кислоты по отношению к массе частиц. Дисперсию активировали посредством ультразвука с помощью цифрового соникатора Branson, оснащенного ультразвуковым зондом (6 мм, амплитуда 30%, 1 сек включенного импульса, 0,5 сек выключенного импульса), при работе в течение 5 минут. Каприловая кислота адсорбировалась на поверхности частиц в результате электростатических взаимодействий.
Масло трикаприлина (Sigma) эмульгировали с получением водной дисперсии с применением миксера Ultra-Turrax IKA Т25, оснащенного насадкой маленького размера (UT SH), при постоянной скорости (13500 об./мин) в течение 30 сек. На фигуре 1 показаны эмульсии трикаприлина-в-воде (50/50 об.), стабилизированные 2 масс. % дисперсиями кальция карбоната для различных количеств каприловой кислоты, адсорбированной на кальция карбонате. Эмульсии с не покрытыми частицами кальция карбоната (0 масс. % каприловой кислоты) не имели подходящую стабильность (дестабилизировались в условиях сдвига), средний размер капель не контролировался, и индекс полидисперсности был высоким. Эмульсии с лучшими свойствами с точки зрения устойчивости к воздействию сдвига, контроля размера капель, узкого распределения по размеру и сферической формы были получены при стабилизации частицами, модифицированными каприловой кислотой в диапазоне от 3 до 12 масс. %.
Пример 2: Эмульсия вода-в-масле
Осажденные частицы кальция карбоната, покрытые 3% стеариновой кислоты (CALOFORT™ SV, Speciality Minerals), диспергировали с различными концентрациями в смеси С8:0 и С10:0 жирных кислот (Miglyol 812, Sasol) с применением ультразвукового зонда (3 мм, амплитуда 80%, 5 минут). Затем готовили эмульсии вода-в-миглиолс (20/80 об. %) с применением миксера Ultra-Turrax, оснащенного насадкой большого размера (UT LH), при постоянной скорости (16000 об./мин) в течение 30 секунд. На фигуре 2 показаны эмульсии, стабилизированные различными количествами частиц, и после феномена ограниченной коалесценции, диаметры в эмульсии были в диапазоне от 260 до 10 мкм.
Пример 3: Двойные эмульсии
Двойные эмульсии готовили в два этапа. На первом этапе применяли гомогенизатор высокого сдвига (UT LH, работавший при 16000 об./мин в течение 30 секунд) для получения эмульсии 1. На втором этапе эмульсию 1 добавляли к итоговой непрерывной фазе, и систему осторожно встряхивали вручную в течение 30 секунд для получения эмульсии 2. Далее представлены три различных вида двойных эмульсий при вариации типа эмульсии (м/в/м или в/м/в) и типа масла (миглиол или рапсовое масло (Tesco)), но с применением только двух типов частиц кальция карбоната; осажденный кальция карбонат с 6 масс. % каприловой кислоты, адсорбированной на нем; и осажденный кальция карбонат с нанесением 3 масс. % стеариновой кислоты.
Масло-в-воде-в-масле
Эмульсия 1: эмульсия миглиол-в-воде (10/90 об. %), стабилизированная 0,55 масс. % осажденного кальция карбоната с 6 масс. % адсорбированной каприловой кислоты. Средний диаметр капельки составил около 30 мкм. См. Фигуру 3а.
Эмульсия 2: эмульсия (миглиол-в-воде)-в-миглиоле (20/80 об. %). Эмульсию 2 стабилизировали 0,31 масс. % дисперсией в миглиоле осажденного кальция карбоната, покрытого 3 масс. % стеариновой кислоты. См. Фигуру 3 (b, с и d).
Спустя 10 суток глобулы двойной эмульсии выглядели слегка увеличившимися, что позволило предположить, что они отчасти подверглись коалесценции; тем не менее, внутренние капельки казались стабильными. См. Фигуру 4.
Вода-в-масле-в-воде (масло = миглиол)
Эмульсия 1: эмульсия вода-в-миглиоле (20/80 об. %), стабилизированная 2 масс. % дисперсией осажденного кальция карбоната, покрытого 3 масс. % стеариновой кислоты. Средний диаметр капельки около 30-50 мкм. См. Фигуру 5а.
Эмульсия 2: эмульсия (вода-в-миглиоле)-в-воде при 20/80 об. %. Эмульсию 2 стабилизировали 0,25 масс. % водной дисперсией осажденного кальция карбоната с 6 масс. % адсорбированной каприловой кислоты. См. Фигуру 6.
Вода-в-масле-в-воде (масло = рапсовое масло)
Эмульсия 1: эмульсия вода-в-рапсовом масле (20/80 об. %), стабилизированная 2 масс. % дисперсией осажденного кальция карбоната, покрытого 3 масс. % стеариновой кислоты. Средний диаметр капельки около 20 мкм. См. Фигуру 5b.
Эмульсия 2: эмульсия (вода-в-рапсовом масле)-в-воде при 20/80 об. %. Эмульсию 2 стабилизировали 0,25 масс. % водной дисперсией осажденного кальция карбоната с 6 масс. % адсорбированной каприловой кислоты, см. Фигуру 7. Двойная эмульсия оставалась стабильной спустя 100 дней, см. Фигуру 7.