ДИСПЕРСИИ ФИТОСТЕРОЛОВ
PHYTOSTEROLS DISPERSION

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к способам приготовления высокостабильных водных фитостерольных дисперсий и применению этих дисперсий в качестве ингредиентов пищи с низким содержанием холестерина и фармацевтических продуктов.
Предшествующий уровень техники
Стеролы в целом, в основном растительные стеролы или фитостеролы, в настоящее время имеют многочисленные применения и наиболее обычно используются в качестве пищевых ингредиентов. Для таких применений требуется использование диспергирование фитостеролов в водных средах, таких как молочные напитки, водные фантазийные напитки, фруктовые соки, или в липидных средах, таких как, например, маргарины и майонез. Поскольку применения диспергированных фитостеролов так многочисленны, то важно иметь высокостабильные водные дисперсии, которые могут храниться в течение длительных периодов перед использованием в различных случаях практического применения и одновременно обеспечивать гомогенные продукты при использовании в специфических случаях практического применения, при которых фитостеролы остаются диспергированными, не происходит разделения фаз, и продукты обладают хорошим вкусом. Интерес в пищевой промышленности к разработке содержащих фитостерол продуктов представляет собой результат доказанной способностью фитостеролов ингибировать абсорбцию поступающего с пищей холестерина.
Начиная с 1930-х годов известно, что на уровни холестерина в плазме крови влияет прием фитостеролов. Более поздние исследования, проведенные в 1950-х годах, определенно продемонстрировали, как на животных, так и на людях, что фитостеролы весьма эффективны для ингибирования абсорбции поступающего извне холестерина, т.е. холестерина, содержащегося в пище. Следовательно, люди, потребляющие фитостеролы вместе с содержащей холестерин пищей, имеют меньший уровень холестерина в сыворотке крови по сравнению с людьми, пища которых не содержит фитостеролы. В результате позже возник существенный интерес к разработке содержащих фитостеролы пищевых продуктов в качестве эффективного и недорогого пути обеспечения фитостеролами тех, кто в них нуждается.
Хотя фитостеролы не растворимы в водных средах и плохо растворимы в масляных средах, фитостеролы не должны быть растворимы в потребляемой пище для проявления своего действия, понижающего уровень холестерина, но должны быть способны демонстрировать свое уменьшающее уровень холестерина действие, будучи диспергированными в этих средах. Хотя уменьшающее уровень холестерина действие фитостеролов хорошо известно в области техники, неожиданно обнаружили, что фитостерольные дисперсии, приготовленные в соответствии со способом по настоящему изобретению, обладают значительно более высоким понижающим уровень холестерина действием по сравнению с похожими дисперсиями, приготовленными в соответствии со способами, известными в области техники, и обладают более высокими уменьшающими уровень холестерина действиями, достигаемыми с использованием одного из наиболее известных имеющихся в продаже продуктов, обладающих этим действием, а именно фитостанольного эфира.
Обычно при приготовлении водных дисперсий фитостеролов один или более чем один поверхностно-активный агент используют в качестве эмульгатора, который добавляют к препарату в доле более 20% по массе по сравнению с фитостеролами, доля которых типично составляет больше 50%. Большая часть диспергируемых в воде фитостерольных порошков содержит приблизительно 50% фитостеролов, которые состоят из одной части фитостеролов и одной части эмульгаторов или других добавок. Хотя в продаже можно найти диспергируемые фитостерольные порошки, содержащие до 85% по массе фитостеролов, указанные порошки обладают очень плохой диспергируемостью в воде, и после суспендирования в воде при 1% по массе, они легко отделяются от водной фазы и осаждаются в течение менее чем одного часа. Для стабилизации таких дисперсий требуются большие количества эмульгатора и дополнительная обработка, обычно путем гомогенизации при высоком давлении, которая накладывает дополнительные более сложные стадии приготовления. В настоящее время отсутствуют имеющиеся в продаже стабильные водные фитостерольные дисперсии, которые могли бы быть использованы в качестве функциональных пищевых ингредиентов, главным образом потому, что они легко осаждаются, имеют низкое содержание фитостерола в дисперсии (высокое содержание воды) и обладают ограниченным сроком хранения (меньше чем один месяц). Таким образом, дисперсии обычно дегидратированы и имеются в продаже в виде ресуспендируемых порошков. В следующих разделах термины поверхностно-активный агент и поверхностно-активное вещество используются взаимозаменяемо.
Пищевые эмульгаторы составляют только относительно небольшую группу семейства эмульгаторов, и многие из них имеют пищевые ограничения, относящиеся к их суточному потреблению, которое, в некоторых случаях, например, для полисорбатов, может составлять всего 25 мг/кг. Это ограничивает комбинацию эмульгаторов, которая может быть использована в способах приготовления фитостерольной дисперсии. Эта проблема является более серьезной, когда более чем одно поверхностно-активное вещество должно быть использовано в дисперсии, когда они должны быть включены в пищевые или фармацевтические продукты.
Предполагаемое суточное потребление фитостеролов в качестве понижающих уровень холестерина агентов составляет от 0,8 до 2,0 г, таким образом, в случае, когда они сопровождаются высокими уровнями пищевых эмульгаторов, тогда общее суточное потребление пищевых эмульгаторов учитывая эмульгаторы, также присутствующие в другой пище, может существенно превосходить максимальное допустимое суточное потребление для некоторых эмульгаторов или в случае моно- или диглицеридов они могут значительно увеличивать общее суточное потребление калорий.
Таким образом, существует потребность в разработке растворов с получением высокостабильных водных фитостерольных дисперсий с наименьшим возможным соотношением эмульгатор/фитостерол, с использованием всего диапазона пищевых эмульгаторов, включая преимущественно гидрофобные и преимущественно гидрофильные поверхностно-активные вещества или их смеси.
Существует большое количество способов, раскрытых в предшествующем уровне техники, имеющих своей целью приготовление водных фитостерольных суспензий или дисперсий и их применение в качестве ингредиента пищи с низким содержанием холестерина. Некоторые из наиболее релевантных документов предшествующего уровня техники за последние 20 лет, относящиеся к объекту, раскрытому в настоящей заявке на изобретение, представлены в Таблице 1.
В настоящем изобретении термин эмульсия имеет обычное значение, то есть, эмульсия представляет собой смесь двух несмешивающихся жидкостей, где одна из жидкостей, известная как дисперсная фаза, диспергирована в другой жидкости, известной как дисперсионная фаза. Таким образом, водная фитостерольная эмульсия обозначает дисперсию жидких фитостеролов в водной среде, тогда как термин водная дисперсия фитостеролов относится к дисперсии твердых фитостеролов в водной среде. Для образования стабильной эмульсии, последняя должна содержать один или более чем один поверхностно-активный агент и иногда также другие компоненты, известные в общем как защитные коллоиды. Поверхностно-активные агенты или поверхностно-активные вещества представляют собой вещества, имеющие как гидрофильный, так и гидрофобный фрагменты в одной и той же молекуле, т.е. они обладают амфифильным характером. Это означает, что они имеют тенденцию концентрироваться на поверхности раздела, таким образом уменьшая межфазное напряжение. Для того, чтобы охарактеризовать степень амфифильности амфифильной молекулы, используется эмпирическая числовая шкала в диапазоне от 1 до 40, выраженная в значениях HLB (гидрофильно-липофильный баланс). Чем ниже значение HLB, тем более гидрофобна молекула и, наоборот, чем выше значение HLB, тем выше гидрофильный характер молекулы. Существует большое количество поверхностно-активных агентов, как природных, так и синтетических, которые полезны для множества применений. Эмульгирующий агент представляет собой поверхностно-активный агент, используемый при приготовлении эмульсии с целью стабилизации эмульсии. Эмпирически обнаружено, что поверхностно-активные агенты, имеющие значение HLB в диапазоне от 8 до 18, полезны для стабилизации эмульсий масло-в-воде (масло/вода), где дисперсная фаза представляет собой масло, а дисперсионная фаза представляет собой воду или водную среду. С другой стороны, поверхностно-активные агенты, которые имеют значение HLB в диапазоне от 3 до 6, полезны для стабилизации эмульсий вода-в-масле (вода/масло), где дисперсная фаза представляет собой воду, и дисперсионная фаза представляет собой масло. В области эмульсий термин масло означает любую жидкость, которая не смешивается с водой. Термин водная среда обозначает воду или раствор, дисперсию или эмульсию вода-в-масле, содержащую по меньшей мере 30% воды по массе от массы раствора, дисперсии или эмульсии.
Таблица 1
Способы приготовления фитостерольных дисперсий в соответствии с уровнем техники
Документ №
Авторы изобретения
Заглавие
ЕР 1645267А2
Behnam, Dariush
Method for producing an active ingredient concentrate and active ingredient concentrate.
20070031570
Binder, Thomas P.
Hydrothermically processed compositions containing phytosterols.
6623780
Stevens, Luke Alan
Aqueous dispersible sterol products.
20070141224
Zawistowski, Jerzy
Compositions comprising one to more phytosterols and/or phytostanols, or derivatives thereof, and high HLB emulsifiers.
20060035009
Gaonkar, Anilkumar
Compositions and processes for water-dispersible phytosterols and phytostanols.
WO/2002/065859
Auriou, Nicolas
Stabilized dispersions of phytosterol in oil.
20030165572
Auriou, Nicolas
Water-dispersible encapsulated sterols.
20050170064
Yoon, Won-tae
Plant sterol-containing food, and method for preparing the same.
WO/2003/077680
Yoon, Won-tae
Mixing powder of plant sterol and emulsifier, and method for preparing the same.
20070231447
FIeckenstein, Michael
Sterol compositions and methods of making the same.
EP1575378A1
Auweter, Helmut
Pulverulent phytosterol formulations.
6316030
Kropf, Christian
Use of nanoscale sterols and sterol esters.
20040033202
Cooper, Eugene R.
Nanoparticulate sterol formulations and novel sterol combinations.
WO/1999/063841
Stewart, David John
Compositions comprising phytosterol and 7or phytostanol having enhanced solubility and dispersibility.
20050244488
Spilburg, Curtis A.
Methods and formulations for enhancing the absorption and gastrointestinal bioavailability of hydrophobic drugs.
6110502
Burruano, Brid
Method for producing water-dispersible sterol formulations.
WO/2002/017892
Auriou, Nicolas
Stabilized dispersions of phytosterol in oil.
7306819
Lerchenfeld, Erich
Beverages containing plant sterols.
7335389
Lerchenfeld, Erich
Beverages containing plant sterols.
20070014819
Wu, Wen-teng
Method of emulsifying phytosterol by natural saponin, emulsion prepared thereby and water-dispersible phytosterol powder product.
20040142087
Lerchenfeld, Erich P
Beverages containing plant sterols.
WO/2003/103633
Cooper, Eugene R
Nanoparticulate sterol formulations and sterol combinations.
WO/2003/094891
Spilburg, Curtis A.
Methods and formulations for enhancing the absorption and gastro-intestinal bioavailability of hydrophobic drugs.
20020064548
Yoon, Won-tae
Methods for dispersing plant sterol in aqueous phase and plant sterol-dispersed beverages.
WO/2003/000075
Dyer, Matthew
Method for manufacturing of free-flowing powder containing water-dispersible sterols.
WO/2001/053320
Stewart, David John
Crystalline composites comprising phytosterols and phytostanols or derivatives thereof.
WO/2007/124597
Stewart, David John
Compositions comprising one or more esterified phytosterols and/or phytostanols into which are solubilized on or more unesterified phytosterols and/or phytostanols, in order to achieve therapeutic and formulation benefits
6113972
Corliss, Glenn
Phytosterol-protein complexes.
WO/2006/074752
Veldhuizen, Yvonne
Sachets comprising plant sterol.
20030003131
Dyer, Matthew
Method for manufacture of free-flowing powder containing water-dispersible sterols.
В области техники имеется множество описаний, относящихся к приготовлению диспергируемых фитостеролов в водных средах, содержащих механическую дисперсию фитостеролов в водных средах в присутствии одного или более чем одного поверхностно-активного агента, растворению фитостеролов в некотором подходящем растворителе, как суб-, так и суперкритическом, а затем дисперсии раствора в водной фазе, приготовлению водорастворимых фитостерольных комплексов, температурному растворению фитостеролов в одном или более чем одном поверхностно-активном агенте, а затем дисперсии раствора в водных средах, прямому смешиванию фитостеролов с водным раствором некоторого поверхностно-активного агента, а затем инжекции острого пара при высокой температуре и множество других.
За исключением способа, раскрытого в заявке на патент США 20060035009, в которой фитостеролы солюбилизированы путем приготовления водорастворимого фитостерол-углеводного комплекса, общий подход для приготовления фитостерольных препаратов заключается в приготовлении диспергируемых в воде фитостерольных порошков или водных фитостерольных дисперсий для обеспечения эффектов, понижающих уровни холестерина. Ostlund в патентах США 5932562 и 6063776 также раскрывает способы приготовления водорастворимых фитостеролов, но, как представлено в примере 4 в патенте '562, измельченные ситостанольные препараты не демонстрируют' понижающие уровни холестерина эффекты у людей. За исключением трех вышеприведенных документов, в области техники раскрыто множество способов приготовления диспергируемых в воде фитостерольных порошков или водных фитостерольных дисперсий, которые в общем легче готовить по сравнению с водорастворимыми фитостеролами. Но, как представлено Ostlund в патенте '562, эффективность фитостерольных порошков или дисперсий в качестве понижающих уровни холестерина агентов по-видимому зависит от способа их приготовления.
При сравнении понижающего уровень холестерина эффекта водных фитостерольных дисперсий или диспергируемых в воде фитостерольных порошков, приготовленных в соответствии с настоящим изобретением, с дисперсиями, приготовленными в соответствии со способами, известными в области техники, обнаружено значительно более высокий понижающий уровень холестерина эффект в первом случае, что может подтверждать то, что понижающий уровень холестерина эффект твердых фитостеролов, потребленных в виде диспергируемых в воде порошков или водных фитостерольных дисперсий, по-видимому зависит, хотя и непредсказуемо, от способа их приготовления.
Существует множество хорошо известных способов диспергирования несмешивающихся жидких фаз для приготовления эмульсии. Предпочтительные способы, используемые в настоящем изобретении, представляют собой способы, в которых используют гомогенизаторы типа ротор/статор, таких как коллоидные мельницы, перемешиваемые сосуды и гомогенизаторы под давлением. Это оборудование способно обеспечивать высокое напряжение сдвига и скорость сдвига, дающую возможность для приготовления водных фитостерольных эмульсий, которая приводит после охлаждения к водным фитостерольным суспензиям, обладающим свойствами, которые неожиданно отличаются от дисперсий, приготовленных с использованием любого из способов в соответствии с уровнем техники.
В способах из уровня техники не раскрыт какой-либо способ приготовления фитостерольной дисперсии, при котором фитостеролы, водную среду и один или более чем один пищевой поверхностно-активный агент, с низким соотношением поверхностно-активного агента к фитостеролам и имеющий значительные концентрации фитостерола для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, диспергируют при температурах выше температуры плавления фитостеролов с образованием эмульсии, а затем охлаждают указанную эмульсию с получением фитостерольной дисперсии в водной среде.
Наоборот, этот способ вызвал разочарование в документах уровня техники, с точки зрения высокой температуры плавления фитостеролов. Фактически в патенте США 6623780 (23 сентября 2003 года), озаглавленном "Aqueous dispersible sterol product", авторы изобретения (Stevens and Schmeltzer) ясно указывают (смотри столбец 3, строка 10 и далее), что "Основная сложность при приготовлении стеролов заключается в их высокой температуре плавления. Имеющиеся в продаже пищевые стеролы типично имеют температуру плавления в диапазоне от 120°С до 140°С. Это затрудняет их диспергирование в воде, так как стеролы не могут быть диспергированы в воде в жидкой форме без использования высоких температур и связанных с этим высоких давлений."
Для преодоления подобных трудностей, авторы изобретения использовали смешивание стеролов, моноглицеридов и полисорбата, такого как Tween 60. Это позволило получить смесь, обладающую более низкой температурой плавления, составляющей приблизительно 75°С. Смесь затем охлаждали, предпочтительно путем распыления смеси в воздушном потоке. Получающийся в результате стерол-эмульгаторный порошок затем может быть диспергирован в водной среде и подвергнут гомогенизации с высоким усилием сдвига с образованием эмульсии, т.е. включение стеролов в пищевые матрицы требует применения последующих стадий гомогенизации. В зависимости от типа и доли заявленных поверхностно-активных агентов, значение HLB для смеси поверхностно-активного агента находится в диапазоне от 4 до 6, и заявленное соотношение эмульгаторов к стеролам находится в диапазоне от 111% до 170%. Авторы изобретения обнаружили, что дисперсия, приготовленная в соответствии с изобретением, содержащая стеролы, моноглицериды и полисорбаты, стабильна в чистой воде в течение нескольких недель.
Наоборот, водные фитостерольные дисперсии, приготовленные в соответствии со способами по настоящему изобретению, имеют срок хранения больше чем один год без какого-либо ощутимого разделения фаз или осаждения в течение указанного периода и могут быть легко включены в жидкие пищевые продукты, такие как молочные напитки, водные фантазийные напитки, фруктовые соки и т.п.
Один из недостатков способа, раскрытого в патенте 780, заключается в том, что для приготовления более или менее стабильной водной фитостерольной дисперсии требуется несколько стадий, т.е. смешивание стеролов с одним или более чем одним эмульгатором, плавление образующейся смеси, распылительная сушка расплавленного продукта и диспергирование получающегося в результате порошка в водной среде при высоком усилии сдвига при температуре выше температуры плавления порошка. Кроме того, для того, чтобы достичь значительного снижения температуры плавления смеси стеролов и эмульгаторов, требуется близкое или более высокое количество эмульгаторов относительно количества использованных стеролов. Кроме того, срок хранения, составляющий несколько недель, может оказаться недостаточным для некоторых случаев практического применения. Далее, диапазон используемых эмульгаторов скорее ограничен в раскрытом способе, что оставляет многочисленные важные пищевые эмульгаторы вне области применения. Кроме того, значительный избыток эмульгаторов, используемых со стеролами, может вносить значительный вклад в калорийность пищевых продуктов, в которые они включены, что представляет собой нежелательное свойство пищевых продуктов, понижающих уровень холестерина.
Yoon et al. в заявках на патенты США 20040029844, 20040170064 и 20020064548 раскрывают аналогичный способ приготовления водных фитостеролов, при котором используют более низкие соотношения эмульгатор/фитостерол по сравнению с используемыми Stevens and Schmeltzer в патенте '780, что достигается за счет использования более высоких значений температур, которые более близки к температурам плавления стеролов, что представляет собой именно ту проблему, которой авторы патента США 6623780 хотели избежать.
В приведенных выше заявках на патенты раскрытые способы заключаются в смешивании стеролов с несколькими эмульгаторами при температурах от 130°С до 140°С, как проиллюстрировано в примерах 1, 2 и 3 заявки на патент 20040029844, с образованием расплавленной смеси. Эта смесь может быть диспергирована в водной среде или напитке, предпочтительно при температуре от 70°С до 90°С. Способ осуществляют в смесителе-мешалке при скорости вращения от 6800 об./мин до 10000 об./мин. Авторы изобретения указывают на то, что "после процесса перемешивания необходима гомогенизация для распыления агрегированных мицелл".
Использованный эмульгатор представлял собой стеариловый эфир сахарозы, лауриловый эфир сорбита, стеариллактилат натрия, полиглицерин моностеарат и моноглицерил цитрат, в количествах, варьирующих от 17% до 85% по сравнению со стеролами. Диапазон значений HLB этих эмульгаторов составляет от 8 до 15.
Как представлено в использованных для сравнения примерах 1, 2 и 3 в заявке на патент 20040029844, когда использованный эмульгатор представлял собой стеариллактилат натрия, полисорбат или моноглицерил цитрат, образующиеся в результате дисперсии были не стабильны. В соответствии с примерами только стеариловый эфир сахарозы (HLB 11) и лаурил сорбит (HLB 8,6) и их смеси представляли собой эффективные стабилизаторы. Таким образом, диапазон эмульгаторов, подходящих для осуществления раскрытого изобретения, скорее ограничен. В соответствии с примерами по настоящему изобретению, стерольная дисперсия, приготовленная в соответствии с примером 1 заявки на изобретение 20040029844 без стадии гомогенизации (анализ 5), является нестабильной, и даже при включении стадии гомогенизации (анализ 6) образующаяся в результате дисперсия обладает значительно меньшей стабильностью по сравнению со стерольной дисперсией, приготовленной в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, способ, раскрытый в заявке на изобретение 20040029844, не дает возможности для приготовления водных фитостерольных дисперсий с высоким содержанием твердых веществ.
Binder в заявке на патент США 20070031570 раскрывает способ приготовления водных фитостерольных дисперсий путем смешивания воды, фитостеролов и эмульгатора, и затем нагревания смеси острым паром при температуре от 100°С до 200°С в течение периода от 2 секунд до 10 минут, предпочтительно от 30 секунд до 3 минут. Способ нагревания оказывает характерное низкое усилие сдвига на смесь. Затем смесь охлаждают в вакуумном холодильнике или дополнительно гомогенизируют при высоком давлении, находящемся в диапазоне от 2000 ф./кв.дюйм (13789514 Па) до 8000 ф./кв.дюйм (55158056), предпочтительно дважды. В описании не раскрыта температура гомогенизации, но в примере 1 после гидротермического процесса при 152°С смесь охлаждают до 79°С и подвергают двухстадийной процедуре гомогенизации. Следовательно, реальную гомогенизацию осуществляют на водной дисперсии твердых стеролов.
Для осуществления раскрытого способа используют пищевой эмульгатор с низкими значениями HLB (меньше 5), такой как лецитины, очищенные моно- и диглицериды и т.п. Количество эмульгатора относительно фитостеролов в примерах 1 и 2 составляло 199%.
Среди недостатков раскрытого способа можно упомянуть следующие:
диапазон используемых эмульгаторов ограничен эмульгатором, имеющим значения HLB меньше 5, что исключает важный эмульгатор, требующийся для некоторых применений; продукт до стадии гомогенизации очень нестабилен и даже после этой стадии гомогенизации продукт все еще обладает низкой стабильностью; кроме того, в продукте используется большой избыток эмульгаторов по сравнению с количеством фитостеролов, что может быть неблагоприятным для его применения в пище, понижающей уровень холестерина, к которой обычно предъявляют требование низкокалорийности.
Еще один недостаток раскрытого способа, общий для других способов области техники, является характерным для стадии гомогенизации водной дисперсии твердых стеролов вследствие серьезного трения клапанов гомогенизатора. В способе по настоящему изобретению осуществляют гомогенизацию стерольных эмульсий, а не дисперсий. Следствием этого является ожидаемое отсутствие трения, а также неожиданный эффект, который заключается в том, что образующаяся в результате дисперсия обладает удивительными характеристиками, такими как более высокая стабильность, возможность использования более широкого диапазона эмульгаторов в очень низких концентрациях по сравнению с фитостеролами и в присутствии высоких концентраций фитостерола.
Очевидно, что в области техники отсутствует способ приготовления водных фитостерольных суспензий, обладающих очень высокой стабильностью, стабилизированных при помощи одного или более чем одного поверхностно-активного агента, выбранного из широкого диапазона эмульгаторов, включающего как гидрофильные, так и гидрофобные эмульгаторы, имеющие значения HLB в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 20, что дает возможность получения дисперсий, имеющих низкое содержание фитостерола, и также дисперсий с более чем 10%, предпочтительно более чем 20% долей фитостеролов, основанной на массе водной дисперсии.
Способ, раскрытый в настоящем изобретении, дает возможность приготовления высокостабильных фитостерольных дисперсий с использованием широкого диапазона пищевых эмульгаторов и их смесей, имеющих значения HLB от 1 до 20, с низким отношением эмульгатор/фитостерол, и в чрезвычайно простом процессе, который может быть удовлетворительно осуществлен за одну стадию. Диапазон концентраций фитостеролов в дисперсиях по настоящему изобретению находится в диапазоне от 0,1 г до 400 г фитостеролов, диспергированных в литре дисперсии, что на два порядка выше, чем наибольшие концентрации, достигаемые для любой стабильной фитостерольной дисперсии, раскрытой в области техники. Последнее представляет собой еще одно преимущество способа по изобретению, поскольку водные дисперсии с высоким содержанием фитостерола являются предпочтительными для некоторых применений, для которых требуется высокая концентрация диспергированных фитостеролов, таких как, например, в маргариновых добавках. Аналогично, когда задача заключается в получении диспергированного порошка, то предпочтительно начинать с дисперсии, имеющей наименьшее возможное содержание воды для уменьшения сложностей, связанных с удалением воды.
Хотя настоящее изобретение обусловлено выявленной необходимостью осуществления способа приготовления фитостерольных дисперсий, где способ приготовления продукта может преодолеть все недостатки, связанные с приготовлением фитостерольных дисперсий с использованием способов, раскрытых в области техники, обнаружено, что дисперсии, приготовленные в соответствии с раскрытым здесь способом, такие как водные дисперсии, а также ресуспендированные измельченные фитостеролы неожиданно и удивительно демонстрируют значительно более высокое понижающее уровень холестерина действие по сравнению с действием, продемонстрированным дисперсиями в соответствии с уровнем техники, как представлено в примере 16.
Краткое описание изобретения
Для приготовления высокостабильных водных фитостерольных дисперсий, фитостеролы, водную среду и один или более чем один эмульгатор смешивают и диспергируют в подходящем диспергаторе при температуре выше температуры плавления фитостеролов с получением водной фитостерольной эмульсии, а затем охлаждают эмульсию с получением высокостабильной водной фитостерольной дисперсии. Способ, заявленный и подробно описанный далее, дает возможность приготовления водных фитостерольных дисперсий, неожиданно обладающих высокой стабильностью, со средним размером частиц меньше чем 1000 нм даже при высокой концентрации фитостерола, основанной на массе конечной дисперсии. Подходящие диспергаторы для осуществления изобретения включают диспергаторы роторного-статорного типа, такие как коллоидные мельницы, перемешиваемые сосуды с турбинными перемешивателями в виде плоских лопастей, мешалки Коулса, мешалки с остроконечными лопастями, зубчатые мешалки и множество других вариантов смешивателей-перемешивателей, таких как смешивающее оборудование от Silverson Machines и гомогенизаторы под давлением.
Подробное описание изобретения
Первая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ приготовления высокостабильных водных фитостерольных дисперсий, используемых в качестве пищевых или фармацевтических ингредиентов или приготовленных для различных случаев практического применения.
Вторая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ приготовления высокостабильных водных фитостерольных суспензий, используемых самостоятельно или в качестве пищевого или фармацевтического ингредиента для уменьшения абсорбции поступающего с пищей холестерина с уровнями, значительно более высокими по сравнению с теми, которые продемонстрированы подобными содержащими фитостерол продуктами из уровня техники, у людей. Для приготовления дисперсий, обладающих такими свойствами, фитостерол или смесь фитостеролов, водную среду и один или более чем один эмульгатор смешивают и диспергируют в подходящем диспергаторе при температуре выше температуры плавления фитостеролов с получением водной фитостерольной эмульсии, а затем охлаждают эмульсию с получением высокостабильной водной фитостерольной дисперсии. Подходящие диспергаторы для осуществления первой стадии настоящего изобретения включают диспергаторы роторного-статорного типа, такие как коллоидные мельницы, перемешиваемые контейнеры с турбинными перемешивателями в виде плоских лопастей, мешалки Коулса, мешалки с остроконечными лопастями, зубчатые мешалки и множество других вариантов смешивателей-перемешивателей, такие как смесители Silverson Machines и гомогенизаторы под давлением.
Третья задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ приготовления измельченных диспергируемых в воде фитостеролов, используемых самостоятельно или при приготовлении пищевого или фармацевтического продукта, вводимого людям для ингибирования абсорбции поступающего с пищей холестерина для уровней, значительно превосходящих уровни, демонстрируемые похожими продуктами, содержащими измельченные фитостеролы в соответствии с уровнем техники. Для приготовления измельченных фитостеролов, обладающих такими характеристиками, фитостерол или смесь фитостеролов, водную среду и один или более чем один эмульгатор смешивают и диспергируют в подходящем диспергаторе при температуре выше температуры плавления фитостеролов с получением водной фитостерольной эмульсии, а затем охлаждают эмульсию с получением высокостабильной водной фитостерольной дисперсии. Подходящие диспергаторы для осуществления первой стадии настоящего изобретения включают диспергаторы типа ротор-статор, такие как коллоидная мельница, перемешиваемые емкости с турбинными перемешивателями в виде плоских лопастей, мешалки Коулса, мешалки с остроконечными лопастями, зубчатые мешалки и множество других вариантов смешивателей-перемешивателей, такие как Silverson Machines и гомогенизаторы под давлением. Полученные дисперсии затем дегидратируют для получения диспергируемых в воде измельченных фитостеролов.
Удобный способ измерения стабильности водных фитостерольных дисперсий, используемых в настоящем изобретении, и в описаниях Stevens and Schmeltzer и Yoon et al., заключается в количественной оценке количества фитостеролов, отделяемых от дисперсии при центрифугировании дисперсии в стандартизированных условиях. Для этого количество дисперсии, имеющей определенную концентрацию фитостерола, центрифугируют при 3000 g в течение 10 минут, и измеряют получающуюся в результате концентрацию. Стабильность первоначальной суспензии выражают с точки зрения выхода фитостеролов, которые остаются в суспензии после центрифугирования. Чем меньше количество отделенных фитостеролов, тем выше стабильность дисперсии (смотри Уравнение 1):
Е = М1 * Х1 / (МО * ХО) * 100, (Уравнение 1) где:
Е : Стабильность дисперсии, % МО : Масса центрифугируемой дисперсии, г ХО : Процент фитостеролов в центрифугируемой дисперсии, % М1 : Масса выделенной дисперсии, г Х1 : Процент фитостерола в выделенной дисперсии, % В условиях анализа в фитостерольных дисперсиях, приготовленных в соответствии со способом, раскрытым в настоящем изобретении, не обнаружен осадок фитостерола, или стабильность дисперсии составляет больше 75% после центрифугирования. То есть, свыше 75% образца фитостеролов остается в анализе суспензии после центрифугирования.
В настоящем изобретении термин "фитостерол" включает свободные стеролы растительного происхождения, такие как ситостерол, кампестерол, стигмастерол, брассикастерол, авенастерол или смеси указанных специфических свободных растительных стеролов, а также гидрированную форму этих свободных стеролов, известных как фитостанолы, такие как ситостанол, кампестанол и их смеси, и также фитостерол или фитостанольные эфиры с органическими кислотами, такими как жирные кислоты, янтарная кислота, феруловая кислота и другие кислоты, смеси указанных сложных эфиров и в общем сложные эфиры с кислотами, имеющими от 1 до 24 атомов углерода, гликозидами и другими их производными.
Смеси фитостеролов или специфических фитостеролов могут быть получены из различных маслянистых семян, таких как соевые бобы, кукуруза, подсолнечник, хлопок, рапс и т.д. Они также могут быть получены из побочных продуктов целлюлозно-бумажной промышленности, таких как мыло таллового масла, талловое масло или остаток перегонки таллового масла, известный как смола таллового масла.
Поверхностно-активные агенты или эмульгатор, полезные для настоящего изобретения, содержат большое разнообразие поверхностно-активных агентов или эмульгаторов, особенно пищевых поверхностно-активных агентов или эмульгаторов, имеющих значения HLB в диапазоне от 1 до 20, некоторые из которых проиллюстрированы в Таблице 2.
Таблица 2
Пищевой эмульгатор
Эмульгатор
Значение HLB
Моноглицериды
3-4
Диглицериды
2-6
Сложные эфиры уксусной кислоты и моноглицеридов
1
Сложные эфиры молочной кислоты и моноглицеридов
3-4
Сложные эфиры лимонной кислоты и моноглицеридов
9
Сложные эфиры янтарной кислоты и моноглицеридов
5-7
Сложные эфиры диацилвинной кислоты и моноглицеридов
8-10
Сложные эфиры полиглицерина и жирных кислот
4-14
Сложные эфиры сорбита и жирных кислот
2-9
Сложные эфиры полиоксиэтиленсорбита и жирных кислот
10-17
Сложные эфиры полипропиленгликоля и жирных кислот
1-3
Сложные эфиры сахарозы и жирных кислот
1-16
Стеариллактилат кальция или натрия
7-9
Лецитин
3-4
Натриевые или кальциевые соли жирных кислот
14-20
Первая задача настоящего изобретения может быть решена путем смешивания фитостеролов, одного или более чем одного пищевого эмульгатора, предпочтительно пищевого эмульгатора, имеющего значения HLB в диапазоне от 1 до 20, и водной среды, предпочтительно воды, наиболее предпочтительно мягкой воды. В том случае, когда доступна только жесткая или полужесткая вода, она может быть смягчена посредством способов, хорошо известных в области техники, включая химические обработки, ионный обмен или дистилляцию. После приготовления дисперсий в соответствии со способами по настоящему изобретению указанные дисперсии могут быть смешаны с широким спектром продуктов, используемых в пищевых продуктах, напитках, нутрицевтиках, фармацевтических или косметических продуктах.
Кроме воды, другие водные среды, которые могут быть использованы для приготовления фитостерольных дисперсий в настоящем изобретении, представляют собой природные водные растворы, эмульсии или дисперсии, используемые предпочтительно в пищевой индустрии, такие как молоко, молочная сыворотка и сывороточные продукты, соки и их производные, растворы и основания для приготовления фантазийных напитков (fantasy drinks), водные производные сои и другие семена, настои трав, алкогольные напитки и т.п.
Для каждого грамма фитостеролов в дисперсии количество эмульгатора может находиться в диапазоне от 100 мкг до 1000 мг, предпочтительно количество находится в диапазоне от 10 мг до 200 мг. Количество фитостеролов в дисперсии может находиться в диапазоне от 100 мг до 500 г на литр дисперсии. В области техники наибольшее содержание фитостерола, раскрытое в фитостерольной дисперсии, составляет меньше чем 200 г/литр.
Выбор типа и количества эмульгатора или смеси используемых эмульгаторов зависит от конкретных требований пользователей. Конкретные композиции описаны в примерах для иллюстрации изобретения, но они не ограничивают объем изобретения, что дает возможность специалисту в данной области техники осуществлять другие специфические применения, соответствующие специфическим требованиям, не затрагивая стабильность фитостерольной дисперсии в конкретной композиции.
Дополнительное преимущество способов, раскрытых в настоящем изобретении, заключается в возможности получения дисперсии с высоким содержанием фитостерола, поскольку в некоторых применениях, таких как кремы, маргарины высокого качества, или в случаях, когда желаемые конечные продукты представляют собой диспергируемые фитостерольные порошки, может быть благоприятно или даже необходимо использовать очень концентрированные эмульсии или дисперсии.
Соответственно, смесь нагревают до температуры от 140°C до 250°C, предпочтительно от 150°C до 200°c, что приводит в результате к получению жидкой смеси, образуемой фитостеролами, эмульгатором и водной средой, и эту жидкую смесь затем диспергируют в подходящем диспергаторе с образованием водной эмульсии фитостеролов. Нагревание и диспергирование смеси может быть осуществлено в закрытых перемешиваемых сосудах, оборудованных системой теплопереноса, такой как змеевики или рубашка, где подходящая жидкость-теплоноситель циркулирует при желаемой температуре, или нагревание может быть осуществлено с использованием нагревающей бани при желаемой температуре, в которую сосуд частично или полностью погружен.
Удобным является осуществление способа фитостерольного эмульгирования в отсутствие кислорода для уменьшения риска окисления фитостеролов или эмульгатора вследствие высоких температур, достигаемых во время процесса эмульгирования. Это может быть осуществлено, например, путем осуществления процесса эмульгирования в закрытом перемешиваемом сосуде, где верхний объем заполняется газообразным азотом. Смесь фитостеролов, водной среды и эмульгатора или эмульгаторов вводят в сосуд, вытесняя часть азота, за исключением того, что остается в верхнем пространстве реактора.
Еще один удобный путь для удаления кислорода из перемешиваемого сосуда заключается сначала в удалении воздуха из сосуда посредством вакуумного насоса и затем введения смеси фитостеролов, водной среды и эмульгатора или эмульгаторов в реактор перед нагреванием такой смеси.
Смесь фитостеролов, водной среды и эмульгатора или эмульгаторов нагревают в закрытом сосуде до желаемой температуры, типично от 140° до 200°C при перемешивании. После достижения желаемой температуры перемешивание поддерживают в течение периода в диапазоне от 1 секунды до 1 часа, после чего нагревание прекращают, и смесь охлаждают, обычно ниже 140°C. Охлаждение эмульгируемой смеси может быть осуществлено либо путем естественной конвекции, прекращения нагревания и обеспечения возможности смеси охладиться самой, либо путем принудительной конвекции, циркуляции охлаждающей жидкости внутри рубашки или спирали и поддержания скорости перемешивания. После охлаждения эмульгируемой смеси получают высокостабильные водные фитостерольные дисперсии со средним размером частиц, обычно меньше чем 1000 нм.
Эмульгирование смеси фитостеролов, водной среды и одного или более чем одного эмульгатора для удобства также может быть осуществлено в диспергаторах, состоящих из расположенных последовательно (on-line) смесителей и придонных смесителей. Процесс эмульгирования может быть осуществлен непрерывным способом в любом из вышеупомянутых смесителей. Когда процесс эмульгирования осуществляют непрерывным способом, то удаление воздуха может быть осуществлено, например, сначала путем нагревания водной среды до 90°C-95°C, затем путем пропускания ее через деаэратор, такой как насадочная колонка, и затем введения деаэрированной водной среды, фитостерола и одного или более чем одного эмульгатора в смеситель непрерывного действия. Эмульсию, выходящую из смесителя непрерывного действия, затем охлаждают с получением высокостабильной водной фитостерольной дисперсии, имеющей средний размер частиц фитостерола меньше чем 1000 нм.
Когда эмульгатор, используемый в партии или в непрерывном способе, самостоятельно или в комбинации с другим эмульгатором, представляет собой соль органической кислоты в пропорции по меньшей мере 0,5% по массе относительно фитостеролов, то образующаяся в результате дисперсия неожиданно оказывается прозрачной со средним размером частиц меньше чем 100 нм. Соли, которые приводят к таким дисперсиям, включают натриевую или калиевую соль органических кислот, имеющих от 1 до 24 атомов углерода, предпочтительно от 10 до 24 атомов углерода. Эти органические кислоты могут представлять собой насыщенные, моно- или полиненасыщенные органические кислоты. Соли могут быть добавлены непосредственно к диспергируемой смеси или могут быть образованы in situ во время процесса эмульгирования путем нейтрализации соответствующей органической кислоты гидроксидом натрия или калия, который включают в эмульгируемую смесь. Как показано в примерах, настоящее изобретение неожиданно предоставляет возможность приготовления высокостабильных водных фитостерольных дисперсий со средним размером частиц приблизительно 100 нм с использованием не более чем 1% эмульгатора относительно содержания фитостерола.
Способы диспергирования по настоящему изобретению могут быть осуществлены также, если желательно, в присутствии одного или более чем одного защитного коллоида, такого как желатин, хитозан, казеин, аравийская камедь, крахмалы и полимеры, такие как поливиниловые спирты, поливинилпирролидоны и полиалкиленгликоли и др. Предпочтительно, указанные защитные коллоиды могут быть непосредственно смешаны в дисперсии, в эмульсии или в смеси фитостеролов, одного или более чем одного эмульгатора и водной среды. Применение защитного коллоида особенно удобно тогда, когда дисперсия или последующее практическое применение дисперсии претерпевают очень длительные периоды хранения.
Вышеупомянутые способы диспергирования также могут быть осуществлены, если желательно, в присутствии агента, предотвращающего слеживание, включая крахмалы (крахмал с высоким содержанием амилозы, кукурузный крахмал, октенилсукцинилированный крахмал, ацетилированный крахмал), декстрины (мальтодекстрин, циклодекстрины, изодекстрины), белки (пшеничный глютен, пшеничная мука, концентрат пшеничной муки, соевая мука, концентрат соевой муки) и ингибиторы роста кристаллов (полиглицериновые эфиры, полиглицеролполирицинолеаты). Предпочтительно агент, предотвращающий слеживание, может быть непосредственно смешан в дисперсии, в эмульсии или в смеси стеролов с одним или более чем одним эмульгатором и водной средой. Применение агента, предотвращающего слеживание особенно благоприятно тогда, когда конечный продую-представляет собой диспергируемый фитостерольный порошок.
6
8
7
8
5
7
При желании также можно готовить водные фитостерольные дисперсии с гораздо меньшим средним размером и с меньшим разбросом значений размера вокруг среднего размера, в том случае, если вместо охлаждения образующейся водной эмульсии указанную эмульсию дополнительно гомогенизируют в гомогенизаторе или в коллоидной мельнице. В том случае, если используют гомогенизатор, то эмульсию фитостеролов загружают в гомогенизатор, функционирующий при давлении от 30 до 3000 бар (от 3×10 до 3×10 Па) и при температуре в диапазоне от 140°С до 250°С, предпочтительно от 150°С до 200°C. При желании смесь может быть гомогенизирована в одноступенчатом или многоступенчатом гомогенизаторе, предпочтительно в двухступенчатом гомогенизаторе. В том случае, если гомогенизацию осуществляют в две стадии, то давление на первой стадии может находиться в диапазоне от 100 до 3000 бар (от 1×10 до 3×10 Па), тогда как давление на второй стадии может составлять от 25 до 100 бар (от 25×10 до 1×10 Па). Эмульсия, выходящая из гомогенизатора, позволяет получить при охлаждении высокостабильную водную дисперсию фитостеролов.
Дополнительное преимущество способа по настоящему изобретению по сравнению со способами из уровня техники состоит в применении высокотемпературной гомогенизации при отсутствии твердых частиц в гомогенизируемой смеси. В способах из уровня техники, известных в настоящее время, фитостерольные дисперсии фактически являются гомогенизированными. При таких высоких значениях давления, при которых осуществляют способы гомогенизирования, присутствие твердых частиц фитостеролов может оказывать значительный абразивный эффект на сосуд-гомогенизатор, чего не происходит при осуществлении способа по настоящему изобретению.
6
8
6
7
Альтернативно, получение стабильных водных дисперсий фитостеролов может также быть осуществлено путем загрузки в одноступенчатый или двухступенчатый гомогенизатор смеси фитостеролов, водной среды и одного или более чем одного эмульгатора, где указанную смесь загружают в гомогенизатор при температуре в диапазоне от 140°С до 250°C, предпочтительно от 150°С до 200°C. В том случае, если гомогенизацию осуществляют в двухступенчатом гомогенизаторе, то давление на первой стадии может находиться в диапазоне от 30 до 2000 бар (от 3×10 до 2×10 Па), и давление на второй стадии может составлять от 20 до 100 бар (от 2×10 до 1×10 Па). Эмульсия, выходящая из гомогенизатора, позволяет получить при охлаждении стабильную водную дисперсию фитостеролов.
Для некоторых применений желательно использование диспергируемых порошков фитостерола, которые легко могут быть ресуспендированы в водной среде с получением дисперсии.
Для получения таких диспергируемых фитостерольных порошков эмульгируемую или диспергируемую смесь готовят при помощи любого из ранее раскрытых способов, при которых водную среду, фитостеролы, один или более чем один эмульгатор и возможно один или более чем один агент, предотвращающий слеживание, могут быть дополнительно дегидратированы, предпочтительно путем сушки распылением эмульсии в распылительной сушилке с вращающимся диском или распылительными форсунками при температуре от 80°C до 250°C. Процесс может быть осуществлен прямоточным или противоточным способом. Образующийся в результате диспергируемый фитостерольный порошок имеет средний размер частиц больше чем 1 микрон, который относительно больше по сравнению с размером, достигаемым в способах в соответствии с уровнем техники. Тем не менее, несмотря на такой относительно большой размер частиц, диспергируемый фитостерольный порошок, полученный с использованием способов, раскрытых в настоящем изобретении, демонстрировал неожиданно высокое снижающее уровень холестерина действие.
Таким образом, первую задачу настоящего изобретения решают посредством осуществления способа, при котором:
а) диспергируют один или более чем один фитостерол, водную среду и один или более чем один эмульгатор в диспергаторе при температуре по меньшей мере 140°C, с получением эмульсии; и
б) охлаждают эмульсию с получением водной дисперсии фитостеролов.
Для решения второй задачи изобретения пищевые или фармацевтические композиции, содержащие фитостерольную дисперсию, полученную с использованием раскрытых способов, или непосредственно любую из дисперсий, полученных с использованием любого из раскрытых способов, вводят людям. Фитостерольные дисперсии по настоящему изобретению могут быть подходящим образом включены во множество пищевых продуктов, пищевых вспомогательных веществ, пищевых добавок, нутрицевтиков и напитков, таких как молочные продукты (сыр, масло, молоко, мороженое, йогурт и т.п.), жирные продукты (маргарин, майонез, свиной жир, пищевые масла и т.п.), злаковые продукты (хлеб, бисквиты, макаронные изделия, тесто и т.п.), леденцы и кондитерские изделия (шоколад, карамели, жевательная резинка и т.п.), содержащие и не содержащие спирт напитки (включая безалкогольные напитки, соки, пищевые добавки и т.п.), прочие продукты (яйца и яичные продукты, обработанные пищевые продукты, предварительные смеси, приготовленные соусы, сухие суповые концентраты и т.п.), пищевые добавки (напитки, батончики мюсли, таблетки, капсулы и т.п.) или саше для непосредственного использования. Фитостерольные дисперсии по настоящему изобретению могут быть подходящим образом включены в различные фармацевтические и косметические препараты, включая капсулы, мягкие капсулы, сиропы, растворы, масла, кремы или гели, вместе с подходящими эксципиентами и/или разбавителями, стабилизаторами или активными компонентами. Эти препараты содержат от 10 мг до 50 г фитостеролов, содержащихся в дисперсии, на каждые 100 г приготовленного продукта.
Для ингибирования абсорбции поступающего с пищей холестерина у людей в степени, значительно превышающей уменьшение, наблюдаемое, когда тем же самым субъектам вводят фитостеролсодержащие продукты, полученные в соответствии со способами из уровня техники, субъектам-людям вводят периодически, типично на суточной основе, пищу или фармацевтическую композицию, или фитостерольную дисперсию с общим количеством фитостеролов, находящимся в диапазоне от 0,1 г до 3,0 г в сутки.
Для решения третьей задачи настоящего изобретения, фитостерольный порошок или пищевые и фармацевтические композиции, содержащие фитостерольные порошки, полученные в соответствии со способами, раскрытыми в настоящем изобретении, вводят людям. В соответствии с настоящим изобретением фитостерольные порошки подходящим образом могут быть включены в пищевые продукты, такие как молочные напитки, безалкогольные напитки, алкогольные напитки, фруктовые соки, йогурт, мороженое, майонез, маргарин, продукты на основе зерновых, такие как хлеб, макаронные изделия, печенье, тесто, сухие суповые концентраты, сухое молоко, соусы и другие. Фармацевтические формы, в которые могут быть включены фитостерольные порошки, включают фармацевтические сиропы, капсулы и пилюли. Пищевые или фармацевтические композиции содержат от 10 мгдо 50 г фитостерольного порошка на 100 г продукта в виде композиции.
В настоящем изобретении для ингибирования абсорбции поступающего с пищей холестерина у субъектов-людей в степени, значительно превышающей степень уменьшения, наблюдаемой, когда тем же самым субъектам вводят фитостерольные порошки, приготовленные в соответствии со способами уровня техники, людям-субъектам вводят периодически, типично ежесуточно, пищу или продукт, содержащий количество фитостеролов в диапазоне от 0,1 г до 3,0 г в сутки.
Примеры
В следующих примерах, если не указано иное, использовали фитостеролы таллового масла, соответствующие композиции, представленной в Таблице 3. В примерах использовали мягкую воду и пищевой эмульгатор.
Таблица 3
Композиция фитостерола таллового масла.
Фитостерол
масс.%
Кампестерол
7,0
Кампестанол
1,4
Стигмастерол
0,8
Ситостерол
75,3
Ситостанол
12,0
Другие фитостеролы
3,3
Для сравнения стабильности фитостерольных дисперсий, приготовленных в соответствии со способами, раскрытыми в настоящем изобретении, с фитостерольными дисперсиями, приготовленных в соответствии со способами в соответствии с уровнем техники на той же самой основе, фитостерольные дисперсии готовили, как раскрыто в анализе № 5 примера 1 заявки на патент США 20040029844 и в примере 1 заявки на патент США 20070031570, и их стабильность измеряли с использованием описанного выше способа центрифугирования и уравнения 1
Пример 1.
Стабильность фитостерольной дисперсии, приготовленной в соответствии с анализом № 5 примера 1 в заявке на патент США № 20040029844.
6
250 г фитостеролов, 25 г стеарилового эфира сахарозы (Sisterna SP50) и 17,5 г сорбитлаурилового эфира (Span 20) плавили вместе при 135°C. Расплавленную смесь добавляли к 5000 г воды, поддерживаемой при 80°C. Смесь перемешивали при 7000 об./мин в течение 15 минут. 100 г образующейся в результате дисперсии удаляли и оставляли охлаждаться до комнатной температуры (образец 1.1). Дополнительно, 500 г образующейся дисперсии вводили в гомогенизатор (APV-Gaulin, модель MR-15) и гомогенизировали в одну стадию при 480 бар (48×10 Па). Гомогенизированную смесь затем оставляли охлаждаться до комнатной температуры (образец 1.2).
Стабильность обоих образцов определяли в соответствии с уравнением 1. Негомогенизированная смесь (образец 1.1) позволила добиться стабильности 28,2%. Гомогенизированная смесь (образец 1.2) позволила добиться стабильности 41,5%.
Оба образца содержали приблизительно 4,7% фитостеролов по массе относительно дисперсии и имели отношение эмульгатор/фитостерол приблизительно 17,0%. Обе эмульгируемые смеси имели значение HLB приблизительно 10.
Пример 2.
Стабильность фитостерольной дисперсии, приготовленной в соответствии с Примером 1 заявки на патент США 20070031570.
6
6
500 г воды нагревали в сосуде до 49°C. Затем добавляли 33,3 г соевого лецитина и перемешивали в течение 20 минут. Затем в сосуд добавляли 16,7 г фитостеролов и 50 г мальтодекстрина и получающуюся в результате смесь дополнительно перемешивали в течение еще 20 минут. Затем смесь нагревали до 74°C и помещали в реактор Парра объемом 1 литр под высоким давлением. Смесь нагревали до 152°C в течение 1,5 минут путем добавления острого пара через клапан, находящийся в головной части реактора. Затем реактор быстро охлаждали до температуры смеси 79°C. После открывания реактора отбирали 200 г дисперсии и оставляли охлаждаться до комнатной температуры (образец 2.1). Дополнительно 300 г дисперсии при 79°C загружали в гомогенизатор (APV-26 Gaulin, модель MR-15) и гомогенизировали в две стадии при 240 и 35 бар (24×10 и 35×10 Па) соответственно, и затем охлаждали до комнатной температуры (образец 2.2).
Стабильность обоих образцов определяли в соответствии с уравнением 1. Негомогенизированная смесь (образец 2.1) позволила обеспечить стабильность 17,4%. Гомогенизированеая смесь (образец 2.2) обеспечивала стабильность 31,5%.
Оба образца содержали в среднем приблизительно 3,3% фитостеролов по массе дисперсии и имели соотношение эмульгатор/фитостерол приблизительно 199,0%. Значение HLB для соевого лецитина составляло приблизительно 3,8.
Пример 3.
Стабильность фитостерольных дисперсий, приготовленных согласно способу по настоящему изобретению, с использованием эмульгатора Примеров 1 и 2.
Анализ 3.1
В реактор Парра объемом 1 литр (Parr Instrument Company, Moline, IL. USA), оборудованный турбинной мешалкой, линиями подачи азота и вакуума и контролируемым электрическим нагреванием, загружали мягкую воду, фитостеролы и один или более чем один эмульгатор в соответствии с таблицей 4. Из закрытого реактора откачивали воздух в течение 2 минут при перемешивании при 30 об./мин. Затем скорость перемешивания увеличивали до 700 об./мин, и содержимое реактора нагревали до 160°C в течение 10 минут. Затем реактор оставляли охлаждаться до 25°C, и внутреннее давление уравнивали азотом с атмосферным давлением. Образец отбирали из дисперсии и определяли процентную долю его стабильности.
Таблица 4
Анализ
Фитостеролы (г)
Sisterna SP50 (г)(стеариловый эфир сахарозы)
Вода (г)
Стабильность (%)
3.1
25,0
2,5
500
85
Анализ 3.2
Предыдущий анализ повторяли в условиях проведения анализа 3.1, но изменяя количество фитостеролов и количество и тип эмульгатора, как представлено в Таблице 5.
Таблица 5
Анализ
Фитостеролы (г)
Соевый лецитин (г)
Вода (г)
Стабильность (%)
3.2
16,7
33.3
500
89
Затем готовили две дополнительные фитостерольные эмульсии в соответствии с ранее описанными условиями и гомогенизировали при 160°С. После охлаждения гомогенизируемых эмульсий до комнатной температуры их стабильность превосходила 99%.
Из результатов примера 3 видно, что способ по настоящему изобретению, в отличие от способов в соответствии с уровнем техники, дает возможность приготовить высокостабильные фитостерольные дисперсии без стадии гомогенизации с эмульгатором с низким значением HLB (соевый лецитин HLB 3.8) и эмульгатором с высоким значением HLB (стеариловый эфир сахарозы, HLB 11).
Пример 4.
Фитостерольные дисперсии, приготовленные с натриевыми солями жирных кислот подсолнечника (SSSFA).
Анализ 4.1
В реактор Парра объемом 1 литр (Parr Instrument Company, Moline, IL. USA), оборудованный турбинной мешалкой, линиями подачи азота и вакуума и контролируемым электрическим нагреванием, вводили 500 г мягкой воды, 5 г фитостеролов и 0,05 г SSSFA. Из закрытого реактора откачивали воздух в течение 2 минут при перемешивании при 30 об./мин. Затем скорость перемешивания увеличивали до 700 об./мин, и содержимое реактора нагревали до 160°C в течение 10 минут. Затем реактор оставляли охлаждаться до 25°C, и внутреннее давление уравнивали азотом с атмосферным давлением. Образец отбирали из дисперсии, и его стабильность оценивали на уровне выше 99%, как представлено в таблице 6. Анализ повторяли еще шесть раз (анализы 4.2-4.7) в тех же самых условиях, но с использованием каждый раз отличающихся количеств фитостеролов и SSSFA, и определяли стабильность получающихся в результате дисперсий, как показано в таблице 6. Во всех случаях стабильность получающихся в результате дисперсий составляла более 99%.
Таблица 6
Анализ
Фитостеролы (г)
SSSFA(Г)
Вода (г)
Стабильность (%)
4.1
5
0,05
500
>99
4.2
10
0,1
500
>99
4.3
50
0,5
500
>99
4.4
100
1,0
500
>99
4.5
150
1,5
500
>99
4.6
200
2,0
500
>99
4.7
250
2,5
500
>99
Как можно оценить в соответствии с данными, представленными в таблице 6, дисперсии обладали стабильностью свыше 99% лишь только с 1% эмульгатора SSSFA по отношению к фитостеролам.
Когда общее содержание фитостерола в дисперсиях превосходило 5%, тогда получающиеся в результате дисперсии обладали более высокой вязкостью, что делало их более подходящими для пищевых композиций, таких как молочные продукты, маргарины, майонезы, и другие, придавая таким продуктам хорошую стабильность и превосходные вкусовые качества.
Пример 5.
Фитостерольные дисперсии, приготовленные с натриевыми солями жирных кислот кокосового масла
Анализ 4.3 примера 4 повторяли с использованием 7,5 г натриевых солей жирных кислот кокосового масла в качестве эмульгатора вместо 0,5 г натриевых солей жирных кислот подсолнечника. Получающаяся в результате дисперсия представляла собой полупрозрачный гель, имеющий стабильность 100%. Дисперсия хорошо подходила для включения в пищевые продукты.
Пример 6.
Стабильность гомогенизированных дисперсий
Анализ 6.1
В реактор из нержавеющей стали 316 объемом 300 литров, оборудованный турбинной мешалкой и внутренними лопастями, линией азота и вакуума, нагревающей рубашкой, обогреваемой масляным теплоносителем, и охлаждающей рубашкой, загружали 150 кг мягкой воды, 1,5 кг фитостеролов и 150 г Span 20. В закрытом реакторе создавали разряжение до 50 мбар (5000 Па) при скорости перемешивания 15 об./мин и затем заполняли эквивалентным количеством азота. Затем скорость перемешивания увеличивали до 330 об./мин и содержимое реактора нагревали при 160°C в течение 20 минут.
7
6
Эмульсию, полученную при 160°С, загружали в нагретый гомогенизатор MR-15 APV-Gaulin и гомогенизировали в две стадии при 300 и 50 бар (3×10 и 5×10 Па) соответственно. Образец гомогенизированной эмульсии отбирали и оставляли охлаждаться до комнатной температуры. Стабильность получающейся в результате дисперсии составляла 90%, как представлено в таблице 7. Описанный анализ повторяли в тех же самых условиях для нескольких других комбинаций типа эмульгатора и отношений фитостеролы/эмульгатор, как представлено в таблице 7.
Таблица 7
Анализ
Вода (кг)
Фитостеролы (кг)
Эмульгатор (г)
Тип эмульгатора
Эмульгатор HLB
Стабильность дисперсии (%)
6.1
150
1,5
150
Span 20
8.6
90
6.2
150
1,5
150
Моноглицериды
3-4
94
6.4
150
1,5
150
Стеароиллакрилат натрия
8.3
94
6.5
150
1,5
150
Сложный эфир сахарозы
16
>99
6.8
150
3,0
30
Олеат натрия
20
>99
6.9
150
1,5
30
Олеат натрия
20
>99
6.10
150
1,5
150
Моноглицериды
3-4
>99
6.11
150
1,5
15
Сложный эфир сахарозы
16
91
6.12
150
1,5
55
Сложный эфир сахарозы
16
96
6.13
150
1,5
15
Стеароиллакрилат натрия
8.3
90
6.14
150
1,5
15
Моноглицериды
88
6.15
150
1,5
600
Tween 20
15
89
6.16
150
1,5
600
Олеат натрия
20
>99
6.17
150
1,5
300
Лаурат натрия
20.4
>99
6.18
150
3,0
300
Олеат натрия
20
>99
6.19
150
15
300
Олеат натрия
20
>99
6.20
150
50
2000
Олеат натрия
20
>99
6.21
150
30
1500
Олеат натрия
20
>99
Как видно из значений в таблице 7, раскрытые здесь способы дают возможность приготовления высокостабильных водных фитостерольных дисперсий с использованием широкого спектра эмульгаторов, находящихся в диапазоне от эмульгатора с низким HLB (моноглицериды) до эмульгатора с высоким HLB (олеат натрия), широкого диапазона концентраций фитостерола и широкого диапазона отношений фитостерол/эмульгатор.
Пример 7.
Стабильность дисперсий со смесью эмульгаторов
Серии фитостерольных дисперсий готовили, как описано в примере 4, с использованием смеси стеарата калия и Tween 80 с различными относительными пропорциями, как представлено в таблице 8, вместе с соответствующей стабильностью получающейся в результате дисперсии.
Таблица 8
Анализ
Фитостеролы (г)
Стеарат калия/ Tween 80 (г/г)
Вода (г)
Стабильность (%)
7.1
5
0,25 / 0,25
500
87
7.2
10
0,5/0,5
500
89
7.3
50
0,5/2,5
500
92
7.4
100
1,0/5,0
500
91
7.5
150
3,0/15,0
500
91
7.6
200
4,0/15,0
500
95
Как видно из таблицы 8, смеси эмульгаторов также могут быть приготовлены для получения высокостабильных дисперсий. При замене Tween 80 на полисорбаты также получали высокостабильные дисперсии. Эти дисперсии можно легко включать в матрицы пищевых продуктов, таких как напитки, молочные продукты, маргарины, майонезы и другие.
Пример 8.
Соевые фитостерольные дисперсии, приготавливаемые с натриевыми солями жирных кислот подсолнечника (SSSFA).
Пример 4 повторяли с использованием соевых фитостеролов, имеющих состав, как показано в таблице 9.
Таблица 9
Состав соевых фитостеролов
Фитостерол
масс.%
Кампестерол
25,6
Кампестанол
0,9
Стигмастерол
16,3
Ситостерол
49,0
Ситостанол
1,4
Другие фитостеролы
6,5
Стабильность получающихся в результате дисперсий превышала 99%, как в случае фитостерольных дисперсий таллового масла, приготовленных тем же самым образом.
Пример 9.
Фитостанольные (с гидрогенизированным фитостеролом) дисперсии, приготовленные с натриевыми солями жирных кислот подсолнечника (SSSFA).
Дисперсию фитостанолов, имеющих состав, указанный в таблице 10, готовили в соответствии с условиями примера 4, но в реакторе Парра, функционирующем при 173°C вместо 160°С.
Таблица 10
Состав фитостанолов в примере 9
Фитостанол
масс.%
Кампестерол
0,1
Кампестанол
31,4
Стигмастерол
0,0
Ситостерол
0,3
Ситостанол
64,9
Другие фитостеролы
1,2
Результаты стабильности в этом случае были близки результатам, полученным с использованием фитостеролов таллового масла, т.е. стабильность выше 99%.
Пример 10.
Стабильность фитостерольных дисперсий, приготовленных непрерывным способом с обезжиренным молоком
Схема этого эксперимента состояла из первого пластинчатого теплообменника (НЕ1) для нагревания воды, вводимой в первый реактор Парра объемом 1 литр (Р1), оборудованный турбинной мешалкой, второго пластинчатого теплообменника (НЕ2), оборудованного выпускным клапаном и функционирующего при 5°С для охлаждения фитостерольной дисперсии, поступающей из Р1, и второго реактора Парра (Р2), нагреваемого через электроизоляционную ленту и связанного с Р1 через зубчатый насос, содержащего жидкие фитостеролы при 160°С в атмосфере азота. НЕ1 нагревали масляным теплоносителем при 170°С и соединяли с загрузочной емкостью через зубчатый насос. Система НЕ1-Р1-НЕ2 сначала функционировала с мягкой водой до тех пор, пока не достигали стабильного состояния с временем нахождения 20 секунд путем корректировки потока при температуре в Р1 160°С. Затем вводимую воду заменяли обезжиренным молоком, содержащим натриевые соли жирных кислот подсолнечника в концентрации 50 мг/литр.
Через несколько минут Р1 загружали из Р2 жидкими фитостеролами при 160°С со скоростью 20 г/минуту и, после достижения нового стабильного состояния, образцы фитостерольных дисперсий в обезжиренном молоке отбирали на выходе из НЕ2.
Не обнаруживали никакого разделения фаз, и образцы имели нейтральный аромат и хороший вкус. Образцы имели стабильность 99%.
Пример 11.
Стабильность фитостерольных дисперсий, приготовленных непрерывным способом с соевым молоком
Пример 10 повторяли с использованием соевого молока вместо обезжиренного молока. Готовили фитостерольные дисперсии в соевом молоке. Не обнаруживали никакого разделения фаз, образцы имели нейтральный аромат, и присутствие фитостеролов не было приятным. Процентная стабильность образцов составляла 99%.
Пример 12.
Стабильность высококонцентрированных фитостерольных дисперсий, приготовленных непрерывным способом с обезжиренным молоком
Схему эксперимента примера 10 модифицировали для осуществления примера 12 следующим образом: третий теплообменник (НЕ3) встраивали между Р1 и НЕ2. Третий реактор Парра (Р3), содержащий обезжиренное молоко, соединяли с НЕЗ через зубчатый насос. В этом примере температура расплавленных фитостеролов в Р2 (в атмосфере азота, как в примере 10) составила 165°С.
Система НЕ1-Р1-НЕЗ-НЕ2 функционировала с раствором 0,65% олеата натрия в мягкой воде при скорости 100 мл/мин, поступающим в Р1 через НЕ1 при 165°С и выходящим из НЕ2 при 15°С. После некоторого времени расплавленные фитостеролы из Р2 начинали вводить в Р1 со скоростью 35 мл/мин, и вязкие фитостерольные дисперсии при 63°С выводили через НЕ2. В этих условиях обезжиренное молоко из Р3 вводили в НЕ3 со скоростью 7 л/мин, и вся система функционировала до достижения стабильного состояния. После этого отбирали образцы. Не обнаружили никакого разделения фаз, и образцы имели нейтральный аромат и хороший вкус. Образцы имели стабильность 99%.
Пример 13.
Приготовление диспергируемого фитостерольного порошка
100 кг фитостерольной дисперсии из анализа 6.1 примера 6 вводили в смеситель объемом 500 литров, оборудованный центральной лопастной мешалкой. При перемешивании добавляли 50 г мальтодекстрина. Получающуюся в результате смесь затем вводили с использованием насоса Moyno со скоростью 1,5 л/мин в атомайзер Niro, оборудованный диском, вращающимся со скоростью 12000 об./мин. Температуры на входе и выходе составляли 210°С и 105°С, соответственно. Собирали 745 г измельченных фитостеролов. Порошок легко подвергался ресуспендированию в воде без необходимости интенсивного перемешивания или гомогенизации.
Пример 14.
Приготовление диспергируемых фитостерольных порошков
Способ примера 13 повторяли с фитостерольными дисперсиями из анализов 6.2, 6.5, 6.8, 6.10, 6.19, 6.20 и 6.21 примера 6. Фитостерольные порошки, полученные в каждом анализе, легко подвергались ресуспендированию в воде, молоке, соевом молоке, настоях трав и кофейном напитке при осторожном перемешивании.
Пример 15.
Нестабильные фитостерольные дисперсии
Способ примера 13 повторяли с использованием 100 литров фитостерольных дисперсий, приготовленных в соответствии со способом примера 2. Получающийся в результате фитостерольный порошок быстро осаждался при ресуспендировании в воде.
Пример 16.
Оценка эффекта потребления фитостерольных дисперсий и диспергируемых фитостерольных порошков на абсорбцию поступающего с пищей холестерина in vivo
Двадцать шесть мышей C57/BL6 в возрасте 21 суток кормили имеющейся в продаже базовой диетой с низким содержанием холестерина (< 0,02% холестерина; Prolab RMH3000; PMI Feeds, St. Louis, МО) и разделяли на пять групп. Каждая из этих пяти групп имела доступ ad libitum к дополнительному ингредиенту в своей диете вместе с базовой диетой, который для каждой из групп был следующим:
Контрольная группа (n=5): 0,01 % водный раствор олеата натрия
Группа 1 (n=5): фитостерольная суспензия анализа 6.8 примера 6
Группа 2 (n=6): водная 1% по массе фитостерольная суспензия, приготовленная с использованием диспергируемых фитостеролов, приготовленных в соответствии с примером 14 из соответствующего анализа 6.8
Группа 3 (n=5): водная 2% по массе эмульсия фитостанольных эфиров
Группа 4 (n=5): 1% по массе фитостерольная суспензия, приготовленная с диспергируемыми фитостерольгыми порошками, приготовленными в примере 15.
Оцениваемая суточная потребляемая доза на мышь составляла 100 мг фитостеролов или фитостанолов.
Для определения абсорбции холестерина использовали способ двойного изотопного отношения в фекалиях, как описано Schwarz et al. (Schwarz M, Russell DW, Dietschy JM, Turley SD. (1998) Marked reduction in bile acid synthesis in cholesterol 7 α-hydroxylase-deficient mice does not lead to diminished tissue cholesterol turnover or to hypercholesterolemia J. Lipid Res. 39: 1833-1843), при котором осуществляли опосредованное измерение разницы между радиоактивностью разовой дозы радиоактивно меченного холестерина, вводимого через желудочный зонд, и обнаруженной в собранных в течение 24 ч фекалиях после введения радиоактивно меченного холестерина. В способе осуществляют введение в суставы неабсорбируемого радиоактивно меченого внутреннего ситостанольного стандарта вместе с радиоактивным холестерином для калибровки измерений.
14
3
14
3
После 40 суток кормления каждой группы вышеприведенными диетами животным давали разовую дозу, содержащую 1 мКи [4-C]-холестерина вместе с 2 мКи [5,6-H]-ситостанола. Фекалии, соответствующие периоду 24 часов, собирали. Общие липиды экстрагировали из дозы смеси для перорального введения и из фекалий, и рассчитывали разницу в отношении С/Н. Результаты представлены в таблице 11.
Таблица 11
Группа
Абсорбция холестерина (%)
Уменьшение абсорбции холестерина (%)
Контроль (n=5)
72±4
Группа 1 (n=5)
38±4<sup>a,b</sup>
47
Группа 2 (n=6)
44±3<sup>a,b</sup>
38
Группа 3(n=5)
55±3<sup>a</sup>
24
Группа 4(n=5)
62±5
14
<sup>a</sup>p<0,05, непараметрический U-тест Манна-Уитни по сравнению с контрольной группой
<sup>b</sup>p < 0,05, непараметрический U-тест Манна-Уитни по сравнению с группой 3
Результаты демонстрируют, что средняя абсорбция холестерина составляет 72%. Животные из группы 4, которых кормили фитостерольной суспензией, приготовленной из диспергируемых фитостерольных порошков примера 15, демонстрировали меньшее уменьшение абсорбции холестерина, только 14% уменьшения по сравнению с контрольной группой. За ними следовали животные из группы 3, диета которых включала водные дисперсии фитостанольных эфиров, действие которых научно хорошо подтверждено. Группа 1 демонстрировала большую способность к уменьшению абсорбции холестерина, приблизительно 47% по сравнению с контрольной группой, что свидетельствует о том, что дисперсии, приготовленные в соответствии со способами настоящего изобретения, высокоэффективны для уменьшения абсорбции холестерина. Аналогично, диспергируемые фитостерольные порошки, приготовленные в соответствии со способами настоящего изобретения (Группа 2), значительно лучше уменьшали абсорбцию холестерина по сравнению с диспергируемыми порошками фитостанольных эфиров и фитостеролов, приготовленных в соответствии со способами, раскрытыми в области техники.
Пример 17.
Заправка для салата
Готовили заправку для салата, содержащую свободные диспергируемые фитостеролы, имеющую формулу, представленную в таблице 12:
Таблица 12
Ингредиент
масс.%
Каноловое масло
14,0
Уксус
5,8
Дисперсия анализа 4.3 примера 4
70,2
Соль
1,5
Сахар
3,7
Специи и корригенты
3,5
Карбоксиметилцеллюлоза
1,2
Фитостерольные дисперсии, соль, сахар, специи и корригенты смешивали в перемешивающем сосуде, затем другие ингредиенты медленно добавляли при постоянном перемешивании, и смесь гомогенизировали. Наконец специи и корригенты добавляли при перемешивании. Заправка для салата, приготовленная в соответствии с этим способом, имела желаемую консистенцию и вкусовые характеристики.
Пример 18.
Приготовление молочного напитка
Молочный напиток, содержащий диспергируемые фитостеролы, готовили в соответствии с формулой, представленной в таблице 13:
Таблица 13
Ингредиент
масс.%
Молочный порошок
15
Дисперсия анализа 6.5 примера 6
85
Дисперсию фитостеролов нагревали до 40°C и затем смешивали с молочным порошком в перемешивающем сосуде. Получающуюся в результате смесь пастеризовали при 84°C и быстро охлаждали до 5°C.
Пример 19.
Приготовление маргарина
Маргарин, содержащий диспергируемые фитостеролы, готовили в соответствии с формулой, представленной в таблице 14:
Таблица 14
Ингредиент
масс.%
Растительное масло
43
Дисперсия анализа 4.4 примера 4
50
Жир
2
Сливочное масло
3
Соль
1,4
Моно- и диглицериды
0,4
Корригент
0,07
Лецитин
0,08
Сорбат калия
0,05
Дисперсию фитостеролов нагревали до 80°C и смешивали с солью, моно- и диглицеридами, водорастворимыми корригентами и сорбатом калия при постоянном перемешивании. Получающуюся в результате гомогенную смесь пастеризовали при 60°C. Растительное масло нагревали до 80°C, смешивали с жиром, маслом, маслорастворимыми корригентами и лецитином с образованием гомогенной смеси. Затем водную смесь добавляли при перемешивании при 70°C с образованием эмульсии. Эмульсию затем охлаждали и упаковывали.
Пример 20.
Приготовление йогурта
Йогурт, содержащий диспергируемые фитостеролы, готовили в соответствии с формулой, представленной в таблице 15.
Таблица 15
Ингредиент
масс.%
Дисперсия анализа 6.10 примера 6
75
Молочный порошок
17
Сахар
6
Стабилизаторы
2
Дисперсию фитостеролов нагревали до 40°C и смешивали с порошковым молоком. Смесь пастеризовали, и затем в пастеризованную смесь включали сахар. Молочные йогуртовые культуры добавляли к смеси, которую затем инкубировали при 37°C до достижения pH 4,2. Затем добавляли смесь стабилизаторов, и получающийся в результате йогурт упаковывали.