CN100553495C - 分散植物甾醇的方法以及含有纳米级的植物甾醇的饮料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了分散用于饮料的植物甾醇的方法以及植物甾醇分散的饮料，在分散饮料中植物甾醇的颗粒大小为纳米级。植物甾醇的分散首先将植物甾醇与至少一种选自蔗糖脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯以及聚甘油脂肪酸酯的乳化剂混合，接着通过在60-200℃加热使混合物熔化。然后，将熔化的物质与水性饮料，或与含有乳化剂的水性饮料在其自身熔化型或粉末型的状态下混合。将此所得的混合物高速搅拌从而在水性饮料中生成植物甾醇的分散体。该饮料在生物利用率方面是优异的，具有良好的口感、透明的外表，并对饮料的特有味道、香味和颜色没有影响。

Description

分散植物甾醇的方法以及含有纳米级的植物甾醇的饮料
技术领域
本发明涉及将植物甾醇分散用于饮料的方法以及植物甾醇分散的饮料。更具体而言，本发明涉及制备植物甾醇分散体的方法，其中形成的植物甾醇微团大小为数百纳米或更小，以及涉及含有该分散体的饮料。
背景技术
最近，人们越来越多地过量摄入胆固醇，其结果造成与胆固醇相关的疾病正日益成为大的社会问题。尤其是东方人，他们的生活方式模仿西方化，包括饮食，由于热忠于速成食品和快餐，这样他们消费高胆固醇食品的机会比以前更多。一旦摄入，这些食品中的胆固醇就增加了血液中的胆固醇含量，并可能成为心血管疾病，包括高脂血症、动脉硬化、心律不齐、心脏梗死等的主要诱因。
通过研究胆固醇的代谢过程，已表明内生和饮食中的胆固醇均进入小肠，大约50％的胆固醇被肠吸收(Bosner，M.S.，Ostlund，R.E.，Jr.，Osofisan，O.，Grosklos，J.，Fritschle，C.，Lange，L.G.1993)。基于这一事实，阻止胆固醇被肠吸收的作用机制对于那些致力于寻找线索用于预防和治疗与胆固醇相关疾病的人们来说具有特别的意义。
植物甾醇或植物甾醇类可被分为谷甾醇、菜油甾醇和豆固醇，而植物甾醇或植物甾醇类包含谷甾醇和菜油甾醇，为方便起见，在这里将它们统称为植物甾醇。
由于植物甾醇的结构与胆固醇的结构极相似，已知植物甾醇抑制肠吸收胆固醇，从而减少血清胆固醇的含量，如美国专利号5,578,334所公布。作为天然存在的物质，植物甾醇无毒，并能在广大的植物谱中找到，如大豆、玉米、树木、塔罗油(tall oil)等。利用植物甾醇抑制肠吸收胆固醇的功能，临床试验已将植物甾醇作为治疗剂用来治疗心血管疾病、冠状动脉病和高脂血症(Atherosclerosis28：325-338)。
尽管有这种有用的功能，但是植物甾醇很难用于食品，这是由于其物理特性即在水和油中的溶解性太差所造成的。因而，一般公众只能有限地吸收植物甾醇。
为了增大植物甾醇的溶解度，一些研究工作者合成了各种植物甾醇的衍生物。例如，已开发出植物甾醇的酯类化合物，它们在油相中具有极好的溶解度(Mattson F.H.，R.A.Volpenhein和B.A.Erickson，1997)。美国专利号5,502,045公开了谷甾醇脂肪酸酯，它是通过谷甾醇与脂肪酸进行酯化作用而制备的。据此专利报道，这种谷甾醇脂肪酸酯在油相(人造黄油)中以实用形式使用时，能降低LVL-C的含量多达16％。
WO 99/15546和WO 99/15547描述的水溶性和油溶性植物甾醇衍生物是通过酯键将水或油溶性分子与植物甾醇或植物stanol连接而合成的。
但是一些研究结果显示，溶解性提高的合成植物甾醇衍生物对肠吸收胆固醇的抑制作用不及天然植物甾醇强(Mattson等，TheAmerican Journal of Clinical Nutrition 35：April 1982，第697-700页)。特别是这种油溶性衍生物的缺点在于必须也同时吸收许多可食用油。
除了通过合成植物甾醇的衍生物以努力提高植物甾醇的溶解性之外，已开展并继续深入研究来提高植物甾醇的生物利用率。
有关这方面的研究已做了大量的工作。例如，已开发出口服的药用谷甾醇可分散粉未，它是将谷甾醇、淀粉水解物、二氧化硅和聚氧化二甲苯(polyoxylene)山梨聚糖单硬脂酸酯按一定比例混合，通过匀浆、脱气、加热杀菌和蒸发而制得，如美国专利号3,881,005所公布。
美国专利号5,932,562公开了一种植物甾醇、卵磷脂和溶血卵磷脂的水均相微团混合物，它被干燥成细分的水溶性粉未。其获得方法是将植物甾醇、卵磷脂和溶血卵磷脂以固定的摩尔比一起在氯仿中混合，然后去掉氯仿。但是，此专利也带来了一些问题。其中所用乳化剂的总量远远大于植物甾醇的用量。乳化剂溶血卵磷脂很贵。更糟糕的是用来形成微团的有机溶剂使得水溶性粉未不适于吸收。
其他水溶性植物甾醇也能在美国专利号6,054,144和6,110,502中找到。根据这些专利，可水分散的植物甾醇的生产方法是将米谷甾醇或植物甾醇、单官能团表面活性剂和多官能团表面活性剂按一定比例在水中混合，然后干燥混合物。这种生产方法的特征是免去匀浆和脱气步骤，而采用聚氧化二甲苯山梨聚糖单棕榈酸酯和山梨聚糖单棕榈酸酯分别作为单官能团表面活性剂和多官能团表面活性剂。
欧洲专利公布号289,636描述了一种生产稳定型乳化或增溶的甾醇的方法，它是将植物甾醇与含有蔗糖脂肪酸酯和/或聚甘油脂肪酸酯的多羟基化合物液体按一定比例混合，再用水稀释此混合物。将此用于饮料时，所产生的植物甾醇的微团颗粒其大小大至数十微米，其口感如刚毛似的。此外，这种微团颗粒的缺点是饮料不透明。
能用来降低胆固醇含量的食品成份在美国专利号6,190,720中公开。此专利还介绍了制备食品成份的方法，它是将一种或多种熔化的植物甾醇与一种或多种脂肪和一种或多种乳化剂混合成同质性，在搅拌下冷却此匀浆混合物到约60℃而得糊状物。这种食品成份能用于油基(oil-based)食品如色拉调味剂、人造黄油等。正如所料，这种食品成份实质上不可能用于水性饮料，这是因为它的分散稳定性只能在脂肪中获得。
欧洲专利0897671A1涉及用于涂抹食品、调味品、牛奶、干酪等中的植物甾醇的水分散体，以及涉及制备方法，其包括将熔化的高熔点脂类、非甾醇的乳化剂和水在剪切下一起混合，其特征在于高熔点的脂类平均大小为15微米或更小。水性分散体具有使饱和脂肪和反式脂肪酸最低或消除的优点。但是，必须进行高熔点脂类如植物甾醇的微粉化。另外，由于在水中其分散稳定性低，此分散体不能用于水性饮料。
降低胆固醇的可食用产品可在WO 00/33669中找到。根据此专利的方法，将植物甾醇溶于或混合在食品乳化剂的熔化物中，与含蛋白的食品如牛奶或酸奶混合，匀浆，然后加入食品中。这种降低胆固醇的可食用产品只有在含蛋白物质存在下才能保持其分散体的稳定性，若不存在含蛋白物质就不能保持其稳定性。所以，将这种降低胆固醇的可食用产品用于不含蛋白物质的饮料中是很困难的。
美国专利号6,267,963涉及一种植物甾醇-乳化剂的复合物，它的熔点比植物甾醇的熔点至少低30℃，其特征在于，由于其熔点降低，在食品加工过程中或之后，植物甾醇-乳化剂不大可能结晶，并可以有效量掺入到食品中以降低血清胆固醇的含量，从而人们在食用这些产品时，无需相反地修饰食品的结构。由植物甾醇、乳化剂、中性脂类如甘油三酯制备的复合物可用于油基食品中。若没有中性脂类，可将硬酯酰乳酸钠用作乳化剂。但是使用硬酯酰乳酸钠受到法律的限制。此外，当这种复合物用于饮料时，其特有难闻的气味还需要掩盖工艺。
发明公开
考虑到以上存在的问题，在对植物甾醇的可溶形式进行深入和全面的研究之后，本发明人发现在不存在其他成份时，将植物甾醇与乳化剂一起加热，使它们相互之间均匀接触，熔合，以在高速搅拌和匀浆作用下形成大小小至纳米级的细小微团，由此导致本发明。还发现在饮料中，纳米级的微团在生物利用率方面是优异的，对饮料的特有味道和香味没有影响，除了用于几乎所有饮料之外，不考虑饮料的基质和pH值，以及提高植物甾醇微团的分散稳定性能延长饮料的生命周期，保证产品具有长期的稳定性。
因此，本发明的目的是提供一种在水性基质中将植物甾醇分散成方便形式的方法，所述形式除了对所应用饮料的特有味道和香味没有影响以外，还适用于饮料并提高植物甾醇的生物利用率。
本发明的另一目的是提供一种含有植物甾醇分散体的饮料，此饮料口感不是如刚毛的。
本发明的另一目的是提供一种适用于饮料的添加剂，这种添加剂可用本发明方法制备。
依据本发明的一个实施方案，提供一种分散植物甾醇的方法，它包括如下步骤：在60-200℃温度下，将植物甾醇和至少一种乳化剂的混合物热熔化，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯；将熔化的混合物与水性饮料或含有乳化剂的水性饮料混合；高速搅拌混合物以得到植物甾醇分散体的饮料，由此植物甾醇可分散成数百纳米大小的颗粒。
依据本发明的另一个实施方案，提供一种分散植物甾醇的方法，它包括如下步骤：在60-200℃温度下，将植物甾醇和乳化剂的混合物热熔化，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯，山梨聚糖脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯；将熔化的混合物与水性饮料或含有乳化剂的水性饮料混合；以及高速搅拌和匀浆混合物以得到植物甾醇分散的饮料，由此植物甾醇可分散成数百纳米大小的颗粒。
依据本发明的另一个实施方案，提供一种分散植物甾醇的方法，它包括如下步骤：在60-200℃温度下，将植物甾醇和至少一种乳化剂的混合物热熔化，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯；冷却熔化物，固化，研磨固体得粉未，将粉未与水性饮料或含有乳化剂的水性饮料混合；以及高速搅拌混合物以得到植物甾醇分散的饮料，由此植物甾醇可分散成数百纳米大小的颗粒。
依据本发明的另一个实施方案，提供一种分散植物甾醇的方法，它包括如下步骤：在60-200℃温度下，将植物甾醇和至少一种乳化剂的混合物热熔化，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯、山梨聚糖肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯；冷却熔化物，固化，研磨固体得粉未，并将粉未与水性饮料或含有乳化剂的水性饮料混合；以及高速搅拌和匀浆混合物以得到植物甾醇分散的饮料，由此植物甾醇可分散成数百纳米大小的颗粒。
依据本发明的另一个实施方案，提供一种用上述方法之一制备的植物甾醇分散的饮料。
依据本发明的另一个实施方案，提供一种适用于饮料的添加剂，其特征在于，这种添加剂按如下方法制备：将植物甾醇和至少一种乳化剂的混合物在60-200℃下热熔化，当分散于水性饮料中时形成大小为数百纳米或更小的颗粒，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯。
实施本发明的最佳方式
天然存在的植物甾醇结构上相似于胆固醇。在自然界中，已发现许多种类的植物甾醇，其中谷甾醇(sitosterol)、菜油甾醇(campesterol)、豆固醇(stigmasterol)和谷甾烷醇(sitostanol)多于其他甾醇。按普通的摄取水平，植物甾醇对血清胆固醇含量的影响很小，但是大量的植物甾醇能抑制肠内胆固醇和胆汁胆固醇的吸收，这是由于它们的结构与胆固醇的结构相似，从而降低血清的胆固醇含量。
植物甾醇对降低血清胆固醇的影响已进行了很长时间的研究。这些研究表明，植物甾醇可降低总血清胆固醇含量0.5-26％，特别是降低LDL-C含量2-33％，其降低水平依赖于剂量、病人症状的严重程度和规定的饮食。胆固醇含量降低的效果还受到病人的性别、年龄和健康状况以及给药形式(悬浮液、结晶体、微团等)的影响。
现在，普遍接受的假设是，植物甾醇有效地聚集饮食中的胆固醇，这些胆固醇在肠内以油相存在并沉降，从而抑制肠对饮食胆固醇的吸收。因此，植物甾醇据信对以微团形式存在的胆固醇无效。事实上，有报道饮食胆固醇比内生胆固醇对植物甾醇的吸收有更多抗性(Mattson，F.H.，Volpenhein，R.A.和Erickson，B.A.，Effect of PlantSterol Esters on the Absorption of Dietary Cholesterol，J.Nutr.1977；107：1139-1146)。但是美国专利号5,932,562采用植物甾醇进行了一次实验，其认为即使施用少量，植物甾醇的微团混合物对降低血清胆固醇的含量也是非常有效的。据认为植物甾醇的微团相使胆固醇良好地沉降在微团相中从而有效抑制肠的吸收。
迄今为止，利用植物甾醇降低血液中胆固醇的含量尤其是LDL-胆固醇的含量，已开发出许多商业化产品，这些产品在许多国家如芬兰、英国、美国和奥大利亚出售。它们主要作为涂抹食品或调味品，其中植物甾醇通过酯键与脂肪酸键合。据报道，这些产品与statin药物组合使用对高胆固醇血症的病人疗效更佳。但是这种产品含有大量的脂肪成份，以致也同时被吸收。
以饮料形式提供植物甾醇已进行了许多尝试。但是由于植物甾醇微溶于水，迄今所开发的大多数饮料形式具有下列缺点：植物甾醇的生物利用率差、缺乏剂量均衡性和需用大量的增溶剂。此外，以植物甾醇的常规水性基质的形式来达到抑制胆固醇的吸收，需要显著长的时间，这是因为它们在体内的利用率很慢。进一步，植物甾醇的分散稳定性很差，以致还需要干燥工艺来去掉用于分散植物甾醇的增溶剂例如水，从而得到粉状的植物甾醇。为了避免这些问题，已建议用各种解决办法，包括将植物甾醇研磨成细小的粉未、加入至少两种不同的添加剂和使用高压匀浆器(5,000psig)。
如上所述，各种各样的增溶剂和乳化剂已用来溶解植物甾醇，据美国专利号5,932,562报道，通过从谷甾醇的有机溶液中形成微团，可容易地分散谷甾醇。一般而言，由于对饮料的味道和香味影响很大，这种工艺和所得的微团混合物不适用于饮料。例如，大量的增溶剂或乳化剂对最终食用产品的味道具有不良的影响。另外，通常在食品中不适用的有机溶剂可能会留在微团中。
因此本发明涉及将植物甾醇分散成为数百纳米大小的微团的方法，这种方法改进了微溶植物甾醇的生物利用率，具有适当的剂量均衡性，并使分散稳定性最大化。
依照本发明，植物甾醇的生物利用率得到极大的提高，导致有效剂量降低。此外，获得的是完全澄清的植物甾醇分散体，对目的饮料的味道和香味没有影响。由于本发明的微团颗粒很小以致使用后对口感不是具刚毛的。本发明的另一优点是，制备这种降低胆固醇的饮料不用考虑它们的pH值和组成。
本发明中有用的植物甾醇选自谷甾醇、菜油甾醇、豆固醇、谷甾烷醇、菜油甾烷醇(campestanol)及其混合物。此外，其他植物甾醇也可用于本发明中。
根据本发明的分散方法，可以大小为数百纳米或更小的微团形式分散植物甾醇的乳化剂的例子包括蔗糖脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯。除了蔗糖脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯以外的其他乳化剂发现生成显著量的大小为1微米或更大的颗粒，正如由各种实验所测定。实际上，其他乳化剂表现出如此低的分散稳定性以致将植物甾醇分散后三天内就产生沉淀。因此，除蔗糖脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯乳化剂以外的其他乳化剂基本上不适用于制备饮料。尽管硬脂酰乳酸钠在分散稳定性方面是最优的，但由于其安全性得不到保障，法律上对它的使用或用量有严格的限制。另外，此乳化剂有特有的难闻味道。
与之相反，本发明所用的乳化剂使植物甾醇以数百纳米或更小的大小分散。而且，这种分散稳定性很好，以致1％植物甾醇的分散体能保存一年或更长时间。蔗糖脂肪酸酯中优选的是亲水亲脂平衡值(HLB)为7或更大的那些。它们的HLB值更优选为10到16之间。山梨聚糖脂肪酸酯优选具有HLB值在5到10之间，更优选在7到10之间。至于聚甘油脂肪酸酯，其HLB值优选在10到20之间，而更优选在12到15之间。用山梨聚糖脂肪酸酯作为乳化剂所得颗粒要比其他乳化剂蔗糖脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯所得颗粒更小，并且颗粒大小分布更均匀。另外，这些酯散发一些难闻的味道。总之，蔗糖脂肪酸酯是最优选的。
在本发明的分散体中，植物甾醇与全部乳化剂的重量比在1∶0.01-10范围，而优选在1∶0.2-2.0(w/w)范围。例如，如果乳化剂与植物甾醇的重量比低于0.01，就不能充分地乳化而产生沉淀，即便形成乳状颗粒，其颗粒大小也有数十微米大。另一方面，如果其重量比超过10，所得饮料的味道为乳化剂的味道，口感太差。至于这种混有水性饮料的乳化剂与混有植物甾醇的乳化剂相比，其重量比为0.8或更小(即按重量计为80％或更小，基于混有植物甾醇的乳化剂的重量)，优选重量比为0.5或更小(即按重量计为80％或更小)。重量比大于0.8(w/w)(按重量计为80％)使其难以形成纳米颗粒，这是因为混有植物甾醇的乳化剂的量是相对低的。
各种各样的水性饮料可用于本发明中，举例的有水、果汁饮料、汽水、牛奶、豆奶、谷类饮料，其他流行饮料如咖啡、绿茶、百合科植物玉竹变体(polygonatum odoratum var.)茶等，以及酒精饮料。
依照本发明，在60-200℃将植物甾醇和乳化剂混合。混合物的加热温度优选在120-150℃范围内。当混合在低于60℃时进行时，微团颗粒大小为数十到数百微米，这不利于口感和生物利用率。另一方面，混合温度高于200℃，尽管在250℃时植物甾醇仍稳定，但乳化剂已变性。
大体上，在有乳化剂存在下，微溶于水的物质植物甾醇在水中乳化时，仅发生差的乳化作用，导致植物甾醇沉降到大小为数十到数百微米的颗粒上。在本发明中，深入的研究涉及使植物甾醇的乳化作用最大化，从而得到大小为数百纳米或更小的微团颗粒。深入研究的结果发现，当植物甾醇和乳化剂如蔗糖脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯或这些乳化剂的混合物被混合成同质性时，乳化作用就能最大化。为了使植物甾醇和乳化剂混合均匀，将植物甾醇在其熔点附近(谷甾醇：约140℃；菜油甾醇：约157℃；豆固醇：约170℃)加热，使这两种成份变为液态后再混合。
在高速搅拌下，将水性饮料或含有乳化剂的水性饮料加入到植物甾醇和乳化剂的热混合物中。加入水性饮料中的乳化剂优选与混合有植物甾醇的乳化剂一样。但是，如果两种不同的乳化剂相互之间是相容性的，也可以使用不同的乳化剂。植物甾醇与水性饮料的重量比在，1∶10到1∶10,000(w/w)范围之间，而优选在1∶10到1∶100(w/w)范围之间。
本发明中可用的水性饮料的例子包括水、果汁饮料、汽水、牛奶、豆奶、谷类饮料、其他流行饮料如咖啡、茶等，以及酒精饮料，并更偏向于水。在使用水的情形下，由随后的高速搅拌和匀浆过程所得的植物甾醇的分散体可进一步用水性饮料如水、果汁饮料、汽水、牛奶、豆奶、谷类饮料、其他流行饮料以及酒精饮料稀释，从而获得所需的含有植物甾醇的饮料。
为保证产品质量稳定，得到大小分布均匀的颗粒，在工业上，高速搅拌和匀浆工艺是重要的。
或者，也可将植物甾醇与乳化剂混合，在其熔点附近加热，冷却熔化物得固体，然后将固体研磨成粉未。通过简单地将粉未加入水性饮料或含乳化剂的饮料中，就制得了含有植物甾醇的饮料。相对于液体形式，粉末形式的添加剂具有的优点在于它们便于操作、在运输时不易被微生物污染而更安全以及具有低的后勤成本而易于运输。
当以水用作水性底物时，在植物甾醇和乳化剂的混合物分散在水中后，所得的分散体经过蒸发、冻干或喷雾干燥，从而制得水性植物甾醇粉未。然后将此粉未用于水性饮料以提供含有植物甾醇的饮料。
将植物甾醇和蔗糖脂肪酸酯在混合前通过加热所得的混合物加入水中，然后以预定顺序进行搅拌工艺和高压匀浆工艺以得到透明的植物甾醇分散体。当植物甾醇的用量为1％时，常规的乳化过程就不能保证所得溶液的分散稳定性，引起植物甾醇的沉降。常规的乳化过程所产生的分散体在700nm处透光率低至0.16％，而据本发明的方法，在700nm处的透光率为80.0％或更高。
有关植物甾醇和乳化剂的混合物与水性饮料的混合，可将植物甾醇和乳化剂的混合物以热的液相或冷至室温的固相形式加入到水性饮料中。在前者的情形下，水性饮料被加热到60-140℃，优选被加热到70-90℃，以增强其乳化效率。液相混合物直接加入饮料中的最适温度是80℃。具体而言，为了得到小的微团颗粒，水性饮料的加热温度优选设定为与植物甾醇和乳化剂的混合物的温度相似。在水中乳化作用之后，需加压使温度上升至100℃。例如，使植物甾醇混合物在水中140℃下乳化就需要约5个大气压。
混合物搅拌后就形成了纳米颗粒。在这点上，搅拌以5,000-10,000rpm优选为6,500-7,500rpm进行约10分钟。搅拌工艺后所得的微团经测试，其中90％或更多的颗粒的大小为300nm或更小。与此相反，除了植物甾醇和乳化剂的混合物没有被加热以外，在同样的条件下所得微团经测定，其颗粒大小为数十到数百微米的范围。因此，这些比较的测定结果表明，将植物甾醇和乳化剂熔化并混合它们的工艺对形成纳米颗粒是十分重要的。另外，如下文将描述，高速搅拌或匀浆工艺对形成大小均匀的颗粒也是重要的。
在没有其他成份存在下，经加热后可使植物甾醇和乳化剂相互之间均匀接触，熔化，以致乳化作用后所得的微团颗粒大小为数百纳米。与常规技术相反，本发明能在不采用其中植物甾醇尚可溶解的有机溶剂的情况下，就能制得适于在饮料中使用的纳米颗粒。
搅拌之后，需要匀浆工艺将聚集的微团研磨成粉。这个匀浆工艺可借助高压匀浆器、胶磨机或超声波仪其中优选高压匀浆器来进行。依照本发明，微团在匀浆仪中以2,000-25,000psi的压力优选以7,000-10,000psi的压力进行匀浆。经过这步工艺，测定所得微团，95％或更多的微团颗粒大小在300nm或更小。
依照本发明，通过热熔化植物甾醇和乳化剂，混合，在水中搅拌混合物以及在高压下处理，所得分散体用果汁饮料、汽水、牛奶、豆奶、谷物制成的饮料或其他流行饮料稀释就得到了想要的含有植物甾醇的饮料。在这些饮料中，微团颗粒大小小至纳米，具有大的表面积和颗粒曲率，优异的生物利用率，还不影响饮料的特有味道和香味。
另外，依照本发明所制饮料即使在冰箱中储存时也不会进行分层，这是因为已改进植物甾醇微团的分散稳定性。更主要的是该植物甾醇微团在90℃时保持极好的分散稳定性，这就保证产品长期稳定。
根据下面实施例就能更好地了解本发明，所述实施例意在说明而不能解释为限制本发明。在下面实施例中，用Mastersizer(MalvernInstrument LTD.，UK)对颗粒大小分布进行分析。
比较例1
向1升容器中加入500克水，加热到约80℃，然后将5克植物甾醇(75％谷甾醇、10％菜油甾醇、15％豆固醇谷甾烷醇)和4.25克蔗糖硬脂酸酯(HLB 11)加入热水中，接着以6,800-7,000rpm的速度搅拌此混合物10分钟。分析所得颗粒大小，其结果列在下表1中。
表1
  颗粒大小(μm)   累积％
  0.985   0.07
  1.89   12.41
  2.50   32.52
  3.31   53.23
  4.38   66.82
  5.27   77.28
  6.35   85.32
  11.11   95.69
  21.32   98.96
  78.56   100.00
比较例2
由比较例1制得的分散体用如由Microfluidics制造、型号为“Microfluidizer M110EHI”的高压匀浆器以7,000psi的压力经一个通道进行处理。分析所得颗粒大小，其结果列在下表2中。在700nm处测定所得分散体，其透光率为0.16％。
表2
  颗粒大小(μm)   累积％
  0.985   0.03
  1.89   11.25
  2.50   30.43
  3.31   54.47
  4.38   66.55
  5.27   79.74
  6.35   88.45
  11.11   96.21
  21.32   99.46
  94.65   100.00
比较例3
在1升容器中装入40克植物甾醇(75％谷甾醇、10％菜油甾醇、15％豆固醇谷甾烷醇)、36克植物油和4克polysolvate 60(HLB 14.9)，在130-140℃搅拌下使其熔化至澄清。熔化完成后，将320克保持在约80℃的水加入此清亮熔化物中，然后以约10,000rpm的速度搅拌约10分钟。观察到所得的植物甾醇分散体上漂浮有植物甾醇颗粒，而大量植物甾醇颗粒似乎贴在容器壁上。对分散体的颗粒大小分布(体积)进行分析，结果为总数的91％或更多其颗粒大小为1μm或更大，以及约总数的81％或更多为100μm或更大。此外，还观察到在室温下1小时内出现沉降和分层现象，确信此植物甾醇分散体不能用于饮料。
比较例4
在1升容器中装入15克植物甾醇(75％谷甾醇、10％菜油甾醇、15％豆固醇谷甾烷醇)和30克柠檬酸单甘油酯(HLB 8.0)，在130-140℃搅拌下使其熔化至澄清。随后将保持在约80℃的水加入此清亮熔化物中，接着以约6,800rpm的速度搅拌约10分钟。所得溶液用如由Microfluidics制造、型号为“Microfluidizer M110EHI”的高压匀浆器以10,000psi的压力经一个通道进行处理。在如此获得的植物甾醇中，可清楚地看到大量的植物甾醇颗粒贴在容器壁上，这是由于植物甾醇分散体不与蛋白结合而是与水结合。当植物甾醇的浓度为1％时，此分散体的粘度高达58cps。对此分散体的颗粒大小分布(体积)进行分析，分散体的测定结果为当累积百分比为68％或更高时，颗粒大小为1μm或更大；当累积百分比为21％或更高时，颗粒大小为10μm或更大，如此大的颗粒足以产生如刚毛的口感。此外，它的分散稳定性很差，导致此分散体难以用于制备饮料。
比较例5
在1升容器中装入15克植物甾醇(75％谷甾醇、10％菜油甾醇、15％豆固醇谷甾烷醇)和15克硬脂酰乳酸钠(SSL)，在130-140℃搅拌下使其熔化至澄清。随后将300克保持在约80℃的水加入此清亮熔化物中，接着以约6,800rpm的速度搅拌约10分钟。所得溶液用如由Microfluidics制造、型号为“Microfluidizer M110EHI”的高压匀浆器以10,000psi的压力经一个通道进行处理。观察植物甾醇分散体，其在一天内沉淀，三天内完成固化，这些结果导致此分散体难以用于制备饮料。对此分散体的颗粒大小分布(体积)进行分析，分散体的测定结果为当累积百分比为57％或更高时，颗粒大小为1μm或更大；当累积百分比为17％或更高时，颗粒大小为10μm或更大。如此差的分散稳定性导致此分散体难以用于制备饮料。
实施例1
在一容器中装入植物甾醇(75％谷甾醇、10％菜油甾醇、15％豆固醇谷甾烷醇)和蔗糖硬脂酸酯(HLB 11)和/或山梨聚糖月桂醇酯(HLB 8.6)，在130-140℃搅拌下使其熔化。熔化完成后，溶液再搅拌1分钟，加入到保持在约80℃的水中，接着以6,800-7,000rpm的速度搅拌约10分钟。所得溶液用如由Microfluidics制造、型号为“Microfluidizer M110EHI”的高压匀浆器以7,000psi的压力经一个通道进行处理。表3列出了植物甾醇、蔗糖硬脂酸酯和山梨聚糖月桂醇酯的用量，具体说明是否进行高压匀浆工艺。
表3
  编号   植物甾醇   蔗糖硬脂酸酯   山梨聚糖月桂醇酯   水   高压匀浆
  1   5g   4.25g   -   500g   否
  2   5g   4.25g   -   500g   是
  3   5g   3.036g   1.214g   500g   否
  4   5g   3.036g   1.214g   500g   是
  5   25g   2.5g   1.75g   500g   否
  6   25g   2.5g   1.75g   500g   是
  7   25g   2.126g   2.124g   500g   否
  8   25g   2.126g   2.124g   500g   是
对表3中编号1的溶液进行颗粒大小分布分析，其结果列在下表4中。
表4
  颗粒大小(μm)   累积％
  0.096   20.35
  0.127   52.19
  0.153   68.49
  0.184   75.29
  0.222   85.33
  0.294   91.52
  0.985   99.21
  5.27   100.0
为参考目的，表3中编号为3、5、7的颗粒的分析结果与表4所示的编号1的结果相似。
在表3中编号2的情形下，颗粒的分析结果列在下表5中。
表5
 颗粒大小(μm)   累积％
  0.096   13.67
  0.127   49.40
  0.153   69.39
  0.184   77.61
  0.222   89.07
  0.294   95.22
  0.985   99.89
  2.08   100.0
为参考目的，表3中编号4、6、8的分析结果与表5所示编号2的结果相似。
将实施例1制备的植物甾醇分散体(编号2、4、6、8)在700nm处测定其透光率，范围为80.0％到80.5％。
实施例2
在一容器中装入植物甾醇(75％谷甾醇、10％菜油甾醇、15％豆甾醇谷甾烷醇)和蔗糖硬脂酸酯(HLB 11)和/或山梨聚糖月桂醇酯(HLB 8.6)，在130-140℃搅拌下使其熔化。熔化完成后，溶液再搅拌1分钟，加入含有1克蔗糖硬脂酸酯的水(80-90℃)中，接着以6,800-7,000rpm的速度搅拌约10分钟。所得溶液用高压匀浆器(Microfluidizer M110EHI，Microfluidics)以7,000psi的压力经一个通道进行处理。表6列出了植物甾醇、蔗糖硬脂酸酯和山梨聚糖月桂醇酯的用量，具体说明是否进行高压匀浆工艺。
表6
  编号   植物甾醇   蔗糖硬脂酸酯   山梨聚糖月桂醇酯   水   高压匀浆
  9   5g   4.25g   -   500g   否
  10   5g   4.25g   -   500g   是
  11   5g   3.036g   1.214g   500g   否
  12   5g   3.036g   1.214g   500g   是
  13   25g   2.5g   1.75g   500g   否
  14   25g   2.5g   1.75g   500g 是
  15   25g   2.126g   2.124g   500g   否
  16   25g   2.126g   2.124g   500g   是
对表6中编号9的溶液进行颗粒大小分析，其结果列在下表7中。
表7
 颗粒大小(μm)   累积％
  0.096   19.21
  0.127   52.30
  0.153   68.72
  0.184   76.41
  0.222   85.95
  0.294   92.05
  0.985   99.35
  4.80   100.0
为参考目的，表6中编号11、13和15的颗粒的分析结果与表7中所示编号9的结果相似。
在表6中编号10的情形下，颗粒分析结果列在下表8中。
表8
  颗粒大小(μm)   累积％
  0.096   14.50
  0.127   48.24
  0.153   70.68
  0.184   77.92
  0.222   90.61
  0.294   96.74
  0.985   99.85
  1.89   100.0
为参考目的，表6中编号12、14和16的颗粒的分析结果与表8中所示的编号10的结果相似。
在700nm处测定实施例2制备的植物甾醇分散体(编号10、12、14和16)的透光率，其范围为80.5％到82.5％。
实施例3
在一容器中装入5克植物甾醇(75％谷甾醇、10％菜油甾醇、15％豆甾醇谷甾烷醇)和4.25克聚甘油单硬脂酸酯(HLB 12)，在130-140℃搅拌下使其熔化。熔化完成后，熔化物再搅拌1分钟，并将其加入到490.75克加热至80℃的水中，接着以6,800-7,000rpm的速度搅拌约10分钟。所得溶液用高压匀浆器(Microfluidizer M110EHI，Microfluidics)以7,000psi的压力经一个通道进行处理。
高压匀浆之前，在允许的实验误差内，颗粒大小的分析结果与表4相同。
高压匀浆之后，在允许的实验误差内，颗粒大小的分析结果与表5相同。
高压匀浆之后，在700nm处测定植物甾醇分散体的透光率，其范围为80.0％到80.5％。
实施例4
在一容器中装入5克植物甾醇(75％谷甾醇、10％菜油甾醇、15％豆固醇谷甾烷醇)和3.25克聚甘油单硬脂酸酯(HLB 12)，在130-140℃搅拌下使其熔化。熔化完成后，融化物再搅拌1分钟，并加入到491.25克含有1克聚甘油单硬酰酯的水(80-90℃)中，接着以6,800-7,000rpm的速度搅拌约10分钟。所得溶液用高压匀浆器(Microfluidizer M110EHI，Microfluidics)以7,000psi的压力经一个通道进行处理。
高压匀浆之前，在允许的实验误差内，颗粒大小的分析结果与表7相同。
高压匀浆之后，在允许的实验误差内，颗粒大小的分析结果与表8相同。
高压匀浆之后，在700nm处测定植物甾醇分散体的透光率，其范围为80.0％到82.5％。
实施例5
将实施例1-4中制备的分散体进行喷雾干燥从而得到水性植物甾醇粉未。
实施例6
将各个实施例1-4中制备的100克分散体用400克水性饮料稀释，所述水性饮料选自水、果汁饮料、汽水、牛奶、豆奶、谷物制成的饮料和其他流行饮料。将实施例5中制备的9.25克粉末加到490.75克水性饮料中，所述水性饮料选自水、果汁饮料、汽水、牛奶、豆奶、谷物制成的饮料和其他流行饮料。50个专业技术受试者(20个年龄为30多岁和40多岁的男性，20个年龄在30多岁和40多岁的女性，10个末婚女性)服用所得的稀释饮料，以感觉来测试其性能。用果汁(桔子汁)作为对比饮料。其结果列于下表9和表10中。
表9
综合测试
  优于传统饮料   与传统饮料一样   不及传统饮料
  人数   9   40   1
  百分比   18％   80％   2％
表10
味道测试
  感觉   极为认同   认同   中立   不认同   极为不认同
  酸   2   6   30   11   1
  甜   1   3   43   2   1
苦   0   1   2   5   42
  具刚毛感   0   0   0   3   47
当测试其他饮料时，所得结果与表9和表10相似。
实施例7
将实施例6中制备的饮料放在冰箱(4℃)中储存1年或更长时间。单独地，将同样饮料在90℃下处理4小时。不仅观察到该饮料保持正常分散态，而且没有发现其他异样。
实施例8
在一容器中装入5克植物甾醇和4.25克蔗糖硬脂酸酯(HLB11)，在130-140℃搅拌下熔化。熔化完成后，再搅拌1-2分钟。向所得溶液中加入490.75克水性饮料，所述水性饮料选自水、果汁饮料、汽水、牛奶、豆奶、谷物制成的饮料和其他流行饮料。50个专业技术受试者(20个年龄在30多岁和40多岁的男性，20个年龄在30多岁和40多岁的女性，10个末婚女性)服用这种稀释饮料，以感觉来测试其性能。用果汁(桔子汁)作为一种对比饮料。其结果列于下表11和表12中。
表11
综合测试
  优于传统饮料   与传统饮料一样   不及传统饮料
  人数   6   42   2
  百分比   12％   84％   4％
表12
味道测试
  百分比   极为认同   认同   中立   不认同   极为不认同
  酸   3   5   31   10   1
  甜   1   3   43   2   1
  苦   0   1   3   4   42
  具刚毛感   0   0   1   4   45
当测试其他饮料时，所得结果与表11和表12相似。
实施例9
在一容器中装入5克植物甾醇(熔点：143℃)和4.25克蔗糖硬脂酸酯(HLB 11)，在130-140℃搅拌下使其熔化。完全熔化后，再搅拌1-2分钟。将所得的均匀熔化物冷至室温，得固体，然后将固体研磨成粉未。
实施例10
如熔点测定仪(Electrothermal 9200)所测定，实施例9中制备的粉未其熔点为125℃。
实施例11
将9.25克在实施例5或9中制备的粉未加到90.75克加热至80-90℃的水中，以6,800-7,000rpm的速度搅拌10分钟。
实施例12
将在实施例11中制得的溶液用高压匀浆器(MicrofluidizerM110EHI，Microfluidics)以7,000psi的压力经一个通道进行处理。
实施例13
将实施例11或12中制备的100克分散体用400克水性饮料稀释，所述水性饮料选自水、果汁饮料、汽水、牛奶、豆奶、谷物制成的饮料和其他流行饮料。
实施例14
将实施例5或9中制备的9.25克分散体加到490.75克水性饮料中，所述水性饮料选自水、果汁饮料、汽水、牛奶、豆奶、谷物制成的饮料和其他流行饮料，并以6,800-7,000rpm的速度搅拌约10分钟。
实施例15
将实施例14中制备的饮料用高压匀浆器(MicrofluidizerM110EHI，Microfluidics)以7,000psi的压力经一个通道进行处理。
实施例16
将实施例14和15中制备的饮料室温下储存1年或更长时间、冰箱(4℃)中储存1年或更长时间以及90℃下放置4小时，同时监测其物理状态。不仅观察到饮料保持正常分散态，而且没有发现其他异样。
实施例17
临床试验
根据实施例4的方法，将实施例1中编号2的分散体与咖啡、牛奶或绿茶混合而得的饮料用于临床试验。
1.临床受试者：45人患有轻微的高脂血症。
表13
在临床试验前受试者的状况
  姓别(男∶女)   15∶30
  年龄(岁)   56.53±10.28
  体质指数(BMI)(kg/m<sup>2</sup>)   25.14±2.51
  理想体重百分比(PIBW)   119.20±12.60
  总血清胆固醇(mg/L)   246.12±27.61
  中性脂类(mg/L)   145.81±57.43
  LDL-胆固醇(mg/L)   161.90±19.35
  HDL-胆固醇(mg/L)   52.89±12.54
2.临床受试者的饮食控制：无特殊饮食；对患有轻微高脂血症的病人提供低胆固醇饮食。
表14
临床受试者的饮食条件
  总热量(Cal)   1705.9±330.49
  蛋白(g)   64.26±18.53
  总脂类(g)   40.12±17.26
  饱和脂类(g)   11.12±6.13
  胆固醇(mg)   135.82±80.13
3.处方
用每瓶含有1.6克植物甾醇的绿茶或咖啡用于临床试验。
3-1测试组1
步骤1：从第0至第4周，每天1瓶饮料。
步骤2：从第5至第8周，每天2瓶饮料。
3-2测试组2
步骤1：从第0至第4周，每天1瓶安慰剂。
步骤2：从第5至第8周，每天1瓶饮料。
步骤3：从第9至第12周，每天2瓶饮料。
4.结果
45个人(男∶女＝15∶30，平均年龄：56)完全按照临床试验的说明和条件进行。开始阶段，测定临床受试者以日平均饮食摄入11.12克饱和脂肪和135.8毫克胆固醇。在摄入安慰剂测试组与8周摄入植物甾醇测试组中，以总血清胆固醇(p＝0.039)和LDL-胆固醇(p＝0.036)含量来观察治疗效果。在这些组中，血清脂类含量(总胆固醇、中性脂类、HDL-胆固醇、LDL-胆固醇)的周期和遗留效应不是统计学上显著的。在摄入植物甾醇8周后，测定病人，其总胆固醇含量降低4.38％(p＝0.039)，LDL-胆固醇含量降低8.28％(p＝0.036)。在临床受试者中，33人的总胆固醇含量平均降低9.2％，而31人的LDL-胆固醇含量平均降低14.1％。
5.结论
高脂血症病人在摄入本发明的含有植物甾醇的饮料8周后，就能降低总血清胆固醇和LDL-胆固醇的含量。这种降低效果可从摄入低饮食胆固醇的病人中得到。
工业实用性
如上所述，依照本发明，植物甾醇纳米颗粒的形成方法是将植物甾醇与至少一种乳化剂进行热熔化，所述乳化剂选自蔗糖硬脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯，并将此熔化的混合物分散在水性底物中。本发明的含有植物甾醇的饮料能抑制肠内和胆汁胆固醇的吸收，从而降低血清胆固醇的含量。依照本发明，无需有机溶剂就能制得颗粒大小为数百纳米或更小的植物甾醇微团，并因此可用于水性饮料中。由于本发明的植物甾醇微团由大小为数百纳米或更小的颗粒形成，此微团具有较高的生物利用率。此外，提高植物甾醇微团的分散稳定性可延长饮料生命周期、保证产品长时间稳定。进一步，这种微团能用于几乎所有的饮料中而不必考虑饮料的基质和pH值。由于该微团不影响饮料特有的味道和香味，且口感良好，因此可足以用于各种各样的水性饮料中。

Claims (38)

1.一种分散植物甾醇的方法，其包括下列步骤：
在60-200℃下将植物甾醇和至少一种乳化剂的混合物进行热熔化，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯以及聚甘油脂肪酸酯；
使熔化的混合物与水性饮料或含有乳化剂的水性饮料混合；以及
以5,000到10,000rpm的速度搅拌该混合物以在饮料中产生植物甾醇的分散体，
由此植物甾醇可分散成90％或更多的颗粒大小为300nm的颗粒。
2.权利要求1的方法，进一步包括步骤：
在以5,000到10,000rpm的速度搅拌该混合物的步骤后在2,000～25,000psi的压力下匀浆该混合物。
3.权利要求1的方法，其特征在于所述方法包括下列步骤：
在热熔化步骤和搅拌混合物的步骤之间使熔化物冷却至固体，把固体研成粉末，并将粉末与水性饮料或含有乳化剂的水性饮料混合。
4.权利要求3的方法，进一步包括下列步骤：
在以5,000到10,000rpm的速度搅拌该混合物的步骤后在2,000到25,000psi的压力下匀浆该混合物。
5.如权利要求1-4任一项中所述的方法，其中95.0％或更多的颗粒的大小为300纳米或更小。
6.如权利要求1或2中所述的方法，其进一步包括干燥分散体以产生水性植物甾醇粉末的步骤。
7.如权利要求6中所述的方法，其中干燥步骤包括蒸发或冷冻干燥或喷雾干燥。
8.如权利要求1-4任一项中所述的方法，其中植物甾醇是选自谷甾醇、菜油甾醇、豆固醇、谷甾烷醇和菜油甾烷醇中的至少一种。
9.如权利要求8中所述的方法，其中植物甾醇是谷甾醇。
10.如权利要求1-4任一项中所述的方法，其中乳化剂是蔗糖脂肪酸酯。
11.如权利要求10中所述的方法，其中蔗糖脂肪酸酯的亲水亲脂平衡值为7或更高。
12.如权利要求11中所述的方法，其中蔗糖脂肪酸酯的亲水亲脂平衡值为10-16。
13.如权利要求1-4任一项中所述的方法，其中搅拌步骤以6,500-7,500rpm的速度进行。
14.如权利要求1-4任一项中所述的方法，其中水性饮料是水、果汁饮料、汽水、牛奶、豆奶、谷物制成的饮料、其他人们所喜欢的饮料或酒精饮料。
15.如权利要求14中所述的方法，其中水性饮料是水。
16.如权利要求1-4任一项中所述的方法，其中熔化步骤在120-150℃下进行。
17.如权利要求1-4任一项中所述的方法，其中将植物甾醇与总的乳化剂以重量比1∶0.01-10混合。
18.如权利要求17中所述的方法，其中将植物甾醇与总的乳化剂以重量比1∶0.2-2.0混合。
19.如权利要求1-4任一项中所述的方法，其中与水性饮料相混合的乳化剂的用量根据混合有植物甾醇的乳化剂的重量按重量计为80％或更少。
20.如权利要求1-4任一项中所述的方法，其中将植物甾醇与水性饮料以重量比1∶10-10,000(w/w)混合。
21.如权利要求20中所述的方法，其中将植物甾醇与水性饮料以重量比1∶10-100(w/w)混合。
22.如权利要求1-4任一项中所述的方法，其中将植物甾醇和乳化剂的混合物与水性饮料的组合物维持在60-140℃下。
23.如权利要求22中所述的方法，其中将所述组合物维持在70-90℃下。
24.如权利要求1-4任一项中所述的方法，其中分散体在700nm处的透光率为80.0％或更高。
25.如权利要求2或4中所述的方法，其中匀浆步骤采用高压匀浆器、胶磨机或超声波仪进行。
26.如权利要求25中所述的方法，其中匀浆步骤采用高压匀浆器进行。
27.如权利要求2或4中所述的方法，其中在7,000-10,000psi操作高压匀浆。
28.一种植物甾醇分散的饮料，其采用权利要求1-4任一项所述的方法制备。
29.如权利要求28中所述的植物甾醇分散的饮料，其中饮料是基于水、果汁饮料、汽水、牛奶、豆奶、谷物制成的饮料、其他流行饮料或酒精饮料。
30.一种适用于饮料的添加剂，其特征在于它是通过将植物甾醇和至少一种乳化剂在60-200℃下进行热熔化来制备的，并当其以5,000-10,000rpm搅拌、然后以2,000-25,000psi的压力进行匀浆而分散在水性饮料中时形成大小为300纳米或更小的颗粒，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯。
31.如权利要求30中所述的添加剂，其中90％或更多的颗粒的大小为300纳米或更小。
32.如权利要求31中所述的添加剂，其中95％或更多的颗粒的大小为300纳米或更小。
33.如权利要求30中所述的添加剂，其中添加剂的形式为粉末。
34.如权利要求30中所述的添加剂，其中将混合物在130-140℃下加热。
35.如权利要求30中所述的添加剂，其中植物甾醇是选自谷甾醇、菜油甾醇、豆固醇、谷甾烷醇和菜油甾烷醇中的至少一种。
36.如权利要求30中所述的添加剂，其中乳化剂是蔗糖脂肪酸酯。
37.如权利要求36中所述的添加剂，其中蔗糖脂肪酸酯的亲水亲脂平衡值为7或更高。
38.如权利要求37中所述的添加剂，其中蔗糖脂肪酸酯的亲水亲脂平衡值为10-16。
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