CN101321472B - 用于食品和饮料制品中的微乳剂 - Google Patents

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Abstract

公开了可以用于将亲脂性水不溶性物质，如β-胡萝卜素掺入食品和饮料组合物中的水包油型微乳剂。该微乳剂使用了一种三元食品级乳化剂体系，其掺入了低HLB(HLB值1-5)乳化剂、中HLB(HLB值6-8)乳化剂和高HLB(HLB值9-17)乳化剂。还公开了包括该微乳剂的食品和饮料制品。最后，描述了制备该微乳剂的方法。本发明还包括用于将水溶性物质掺入食品和饮料制品中的油包水型微乳剂。最后，本发明包括用于制备那些微乳剂的浓缩组合物。

Description

用于食品和饮料制品中的微乳剂
相关申请的交叉参照
本申请涉及2005年10月14日提交的美国临时申请No.60/727,122，并享有其优先权，在此引入作为参考。
技术领域
本申请涉及一种微乳剂，其可以将水不溶性组分有效地掺入水基食品和饮料组合物中，或将水溶性组分掺入脂基食品组合物中。
发明背景
食品和饮料制品，尤其是水基食品和饮料制品的配制是困难的。例如，通常需要将例如色素、香料、营养素、营养药品、治疗剂或抗氧化剂这样的水不混溶组分掺入基本为水基的组合物中。由于以下的事实提高了这项任务的难度：需要配制组合物，使得在审美上使消费者满意。例如，通常需要将水不溶性原料掺入水性饮料中，而仍然保持饮料的视觉清澈性。这些组合物还需要在典型的食品和饮料运输、储藏以及使用条件下呈现出长时期的货架稳定性。
工业上已试图去满足这些相矛盾要求的一种方法是使用微乳剂掺入水不混溶原料。微乳剂是两种不混溶液体的分散体(一种液相是“分散的”而另一种是“连续的”)，其中分散相的单个微滴具有小于约四分之一光波长的平均半径。这些微乳剂也被称为“纳米乳剂”。通常，在微乳剂中，分散相微滴具有小于约1400
Figure S2006800452040D00011
的半径，优选为约100至约500。微乳剂的基础理论在Rosano，Journal of the Societyof Cosmetic Chemists，25；609-619(1974年11月)中有更完全的描述，在此引入作为参考。
微乳剂难以配制，常常需要使用助溶剂，例如，乙醇或丙二醇。这些助溶剂可以导致成品中的异味。此外，微乳剂的形成时常需要一些相当困难的加工条件，例如高压均质，这些加工条件要求专门的设备，同时会提高成品的成本。
因此，使用相对低含量的食品级乳化剂来配制微乳剂的方法是有用的，这使得水不混溶性组分掺入水基食品和饮料组合物中，而不需要使用这样的助溶剂和相对极端的加工条件。
现有技术中描述了微乳剂的形成，以及由常规方法形成的微乳剂用于将原料掺入食品和饮料制品中的用途。
1979年3月27日授权的Rosano的美国专利U.S.4,146,499描述了一种水包油型微乳剂，其利用了高/低HLB表面活性剂混合物以形成乳剂。该专利没有教导或建议在形成乳剂中使用三元(高/低/中HLB)表面活性剂体系。
1988年6月21日授权的Dokuzovic的美国专利U.S.4,752,481描述了一种加香口香糖制品，其包括口香糖胶基，甜味剂和含有香味物质的乳剂。该乳剂包含19至59％的调味油，1至5％的具有约1.6到约7.0HLB的乳化剂和烷基多元醇(例如，甘油或聚乙二醇)。
1989年5月30日授权的Wolf等的美国专利U.S.4,835,002描述了一种水/醇基质中的可食精油(如柠檬油)的微乳剂。该组合物包含水，精油，乙醇和表面活性剂。使用的表面活性剂组分必须包括高HLB表面活性剂，尽管也可以包括高HLB和低HLB表面活性剂的混合物。其中没有公开在形成乳剂中使用三元表面活性剂体系。
1994年6月14日授权的Chung等的美国专利U.S.5,320,863描述了用来递送高浓度香味物质或芳香油的微乳剂。据说所述组合物在不存在低级醇时仍表现出高稳定性。该组合物包括非离子表面活性剂(通常是不可食的或非食品级的)；没有提供HLB临界性的讨论。其中没有公开或建议将高、低和中HLB表面活性剂合并成三元乳化体系。
1995年9月5日授权的Belenduik等的美国专利U.S.5,447,729描述了微粒药物组合物，其中药物活性物质可以以微乳剂的形式掺入颗粒中。颗粒外层之间具有疏水/亲脂界面。所公开的组合物可以包含作为乳化剂的聚山梨醇酯80或单油酸甘油酯。该专利中没有三元表面活性剂乳化剂体系的教导。
1999年9月7日授权的Takahashi等的美国专利U.S.5,948,825描述了用于局部或口服给药的难吸收药剂的油包水型乳剂。其中没有公开或建议三元表面活性剂乳化剂体系。在专利′825中公开的乳化剂包括两种类型的非离子表面活性剂的混合物，一种具有10至20的HLB，另一种具有3至7的HLB。
2000年4月11日授权的Behnam等的美国专利U.S.6,048,566描述了一种不含酒精的澄清饮料，其掺入了10至500mg/l辅酶Q10和聚山梨酯稳定剂。
2000年6月20日授权的Logan等的美国专利U.S.6,077,559涉及一种调味醋，其基于包含特定的微乳剂。该醋包油型微乳剂包含20％至70％的醋，5％至35％的乙醇，0.1％至5％的香味物质和0.5％至5％的表面活性剂。所用的表面活性剂是高HLB表面活性剂；它们还可以包括少量的低HLB(4-9)表面活性剂。在专利′559中没有公开三元表面活性剂乳化剂体系。
2000年11月14日授权的Gonzalez等的美国专利U.S.6,146,672涉及可涂抹的油包水型乳剂，其用作糕饼产品的馅料，特别是冷冻糕饼。据说该馅料呈现出提高的货架期和稳定性。所述乳剂包括高和低HLB乳化剂的混合物。虽然专利′672描述了高和低HLB表面活性剂的混合物，但是它没有公开或建议本发明中所用的三元表面活性剂乳化剂体系。此外，专利′672没有教导微乳剂或乳剂将水不溶性物质掺入食品制品中的用途。
2001年10月16日授权的Nagahama等的美国专利U.S.6,303,662描述了用于脂溶性药物递送的微乳剂。所公开的组合物需要高极性油，低极性油，聚甘油单脂肪酸酯和水溶性多元醇。其中没有公开三元表面活性剂乳化剂体系。
2002年4月23日授权的Akashe等的美国专利U.S.6,376,482描述了一种中间相稳定组合物，其掺入了作为胆固醇降低剂的植物甾醇。该组合物可以包括具有6至9HLB的表面活性剂，2至6HLB的表面活性剂和9至22HLB的表面活性剂的混合物。虽然该专利教导了一种三元乳化剂体系，但是形成的产品不是一种微乳剂，而是一种中间相稳定的乳剂(中间相不具有分开的油相和水相)。据说所公开的组合物可以为食品提供有益的口感和质地。专利′482中形成的乳剂颗粒相对较大(即，约2至约10μm)。
2002年7月30日授权的Bauer等的美国专利U.S.6,426,078描述了水包油型微乳剂，其包括10％至99％的三甘油单脂肪酸乳化剂(例如，三甘油单月桂酸酯、三甘油单己酸酯或三甘油单辛酸酯)，1％至20％的亲脂物质(例如，β-胡萝卜素、维生素A或维生素E)和水。据说这些组合物可用于食品，化妆品或药品中掺入非水溶性(亲脂性)物质。其中没有公开用于形成微乳剂的三元表面活性剂乳化剂体系。
2002年9月3日授权的Conklin等的美国专利U.S.6,444,253描述了醇包油型组合物形式的微乳剂香味物质递送体系。这些组合物需要使用醇类物质，该醇类物质通常是不包含在典型的食品和饮料制剂中的。此外，专利′253没有教导或建议三元表面活性剂乳化剂体系。
2003年1月21日授权的Van Den Braak等的美国专利U.S.6,509,044描述了β-胡萝卜素微乳剂。据说该微乳剂基于乳化剂体系，该体系优选为一种二元表面活性剂体系，但也可以是一种三元体系(虽然并没有提供三元体系的实施例)。其中教导了乳化剂的脂肪酸特征与待掺入组合物中的油性组分的脂肪酸特征相匹配。专利′044中没有教导在形成微乳剂中使用一种三元高/低/中HLB表面活性剂乳化剂体系。
2004年8月10日授权的美国专利U.S.6,774,247涉及水性抗坏血酸溶液。据说这些溶液含有过量的HLB为约9至约18的乳化剂，如聚山梨醇酯80。专利′247中没有建议使用三元表面活性剂乳化剂体系。
2002年12月12日公开的Vlad的美国公开专利申请U.S.2002/0187238涉及在澄清饮料组合物中用作调味组分的澄清的、稳定载油的微乳剂。这些组合物以约为1∶1的助溶剂：表面活性剂比例使用了助溶剂。此外，该表面活性剂组分包含至少两种表面活性剂的混合物，该表面活性剂具有约9至约18的平均HLB，优选为约12至约15。′238申请中没有公开包括低/中/高HLB表面活性剂混合物的三元表面活性剂乳化剂组合物。′238申请中定义的微乳剂含有至少30％的油，1％至30％的具有9至18HLB的表面活性剂混合物，低于20％的助溶剂和至少35％的水。
1994年3月31日公开的Ford等的PCT公开专利申请WO 94/06310描述了一种微乳剂形式的着色剂组合物。′310申请中公开的组合物包括β-胡萝卜素、α生育酚和抗坏血酸。聚山梨醇酯是′310申请中的优选乳化剂。其中没有教导在微乳剂形成中的三元表面活性剂乳化剂体系。
发明概述
本发明涉及用于将亲脂性的水不溶性物质掺入食品和饮料组合物中的微乳剂，包括：
(a)包括所述水不溶性物质和具有约1至约5HLB的低HLB乳化剂的油相；
(b)水相；和
(c)食品级乳化剂体系，包括：
(i)具有约9至约17HLB的乳化剂；和
(ii)具有约6至约8HLB的乳化剂；
其中所述油相在所述水相中分散成具有小于约300nm平均直径的颗粒。
本发明还包括掺入上述微乳剂的食品组合物和饮料组合物。
本发明还涉及上述微乳剂的制备方法，包括步骤：
(a)将亲脂性的水不溶性组分和低HLB乳化剂混合以形成油相；
(b)将乳化剂体系混入油相中；和
(c)将水相加入步骤(b)的产物中并混合以形成微乳剂。
最后，本发明涉及使用在此所述的三元乳化剂体系得到的油包水型微乳剂，以及用于制备水包油型和油包水型微乳剂的浓缩物。
本发明的微乳剂相比常规组合物具有若干优点。具体地，本发明的微乳剂能在光学上透明的饮料中携带有效水平的难分散组分，例如类胡萝卜素。本发明的组合物在正常软饮料的运输和储藏条件下是足够稳定的。本发明的食品和饮料制品的味道是完全可接受的。
乳剂的物理和光学特性是可以通过选择合适的乳化剂和所用的加热温度，以及各组分的添加次序来控制的。重要的是，本发明的微乳剂在正常搅拌下基本上自发形成，而不需要极端加工环境，如高压均质。最后，本发明的微乳剂可以表明改善了的分散元素如类胡萝卜的生物利用度。
根据本发明，还可以制备含有对氧化高度敏感的ω-3脂肪酸或其酯(或其他对氧化高度敏感的酸/酯)的水包油型微乳剂。观察得知这些组分在本发明的微乳剂中比在常规的乳剂中表现出更高的氧化稳定性。
本发明中列出的所有专利和申请在此引入作为参考。
本申请中所述的所有配比和比率定为“以重量计”，除非另外指出。
发明详述
本发明提供了易于形成并使不混溶组分掺入水基食品和饮料组合物中的微乳剂。相似地，该微乳剂可以用来将水溶性物质掺入脂基产品中。例如，可以将水溶性的天然色素、香料、维生素、盐或抗氧化剂掺入脂基产品中，如零食棒上的包衣层、粉霜、巧克力、人造黄油、脂肪涂抹料或糖果制品。
可以掺入本发明的食品和饮料组合物中的水不溶性组分包含任何希望掺入食品或饮料制品中但不溶于水基组合物中或与水基组合物不混溶的物质。这些物质通常是亲脂的。这些物质的实例包括某些色素、香料、营养素、营养药品、治疗剂、抗氧化剂、天然成分(例如植物、根、叶、花等)的提取物、药剂、防腐剂以及这些物质的混合物。在食品和饮料中常用的这类物质的具体实例包括以下物质：类胡萝卜素及其衍生物(例如β-胡萝卜素、阿朴胡萝卜素醛、叶黄素、叶黄素酯、番茄红素、玉米黄素、藏红花素、虾青素)，精油、食用油、脂肪酸、蛋白质和肽、多不饱和脂肪酸及其酯、维生素A及其衍生物、维生素E及其衍生物、维生素D及其衍生物、维生素K及其衍生物、色素、香料、营养素、营养药品、治疗剂、抗氧化剂、天然成分(如植物、根、叶、花、种子等)的提取物、药剂、防腐剂、硫辛酸、植物甾醇、槲皮黄素、植物固醇及其酯、辅酶Q10(ubidecarone)、植物异黄酮(如染料木黄酮、异染料木黄酮或刺芒柄花素)及其混合物。
可以使用本发明掺入的特别优选的物质包括，例如，油溶性、油不溶性或水溶性食品组分，如食品添加剂、食品防腐剂、食品补充剂、抗氧化剂、营养药品、加药化妆品，植物提取物，药剂，脂肪酸，肽，蛋白质，碳水化合物，天然香料，合成香料，着色剂，维生素以及那些物质的组合。β-胡萝卜素、维生素E、维生素A物质，如维生素A棕榈酸酯、维生素E醋酸酯以及这些组分的混合物的具体微乳剂体系作为本发明的实例给出。
形成本发明微乳剂的关键要素是三元表面活性剂乳化剂体系。通过使用这种三元体系可以形成提供本发明益处的微乳剂。这种三元乳化剂体系是至少三种食品级的非离子或阴离子表面活性剂形式的乳化剂的混合物。优选非离子表面活性剂。非离子表面活性剂在本领域是公知的并记载于，例如，Nonionic Surfactants：Organic Chemistry(非离子表面活性剂：有机化学)，Nico M.van Os(编辑)，MarcelDekker，1998。至少一种乳化剂具有低HLB(即，约1至约5)，至少一种乳化剂具有中等HLB(即，约6至约8)，至少一种乳化剂具有高HLB(即，约9至约17，优选约10至约16)。
三元乳化剂体系中所用的特定表面活性剂的选择取决于这些表面活性剂的HLB(亲水亲油平衡)值。选择表面活性剂，使得它们具有上述的HLB值。表面活性剂的HLB值及其测定在本领域是公知的并且，例如，由Milton J.Rosen公开于Surfactants and InterfacialPhenomena(表面活性剂和界面现象)，J.Wiley和Sons，New York，New York，1978，242-245页中，或Kirk-Othmer Encyclopedia ofChemical Technology(Kirk-Othmer化学工艺百科全书)，第三版，第八卷，1979，910-915页中，在此将两者引入作为参考。
下表列出了各种阴离子和非离子表面活性剂的HLB值，这些表面活性剂可以作为实例用于本发明的三元体系中。可以使用本领域公知的方法计算出其他未列出的表面活性剂的HLB。
Figure S2006800452040D00081
Figure S2006800452040D00091
*20-25℃时在水中为完全离子化形式
**两性的，取决于基质的pH
***其中n是10至30的整数
任何食用油都可以用作本发明组合物中的油相。具体地，该油相可以选自食用脂肪/油来源，如天然成分(例如，植物、花、根、叶、种子)的油提取物。例如，这些物质可以包括胡萝卜籽油、芝麻籽油、植物油、大豆油、玉米油、芸苔油、橄榄油、葵花籽油、红花油、花生油或海藻油。也可以包括香油、动物油(如鱼油)和乳制品(如乳脂)。油相可以由纯油、不同油的混合物或不同油溶性物质的混合物或其混合物制得。
在本发明的水包油型微乳剂中，低HLB表面活性剂占微乳剂的约0.1％至约5％，优选约0.7％至约1％。高HLB表面活性剂占微乳剂的约5％至约25％，优选约12％至约18％。中HLB表面活性剂占微乳剂的约0.1％至约5％，优选约0.5％至约1.5％。特别优选的低HLB表面活性剂包括单油酸甘油酯、蓖麻酸聚甘油酯、十油酸十甘油酯、蔗糖芥酸酯和蔗糖油酸酯。特别优选的中HLB表面活性剂包括聚甘油酯，如六油酸十甘油酯，以及单脂肪酸三甘油酯，如单油酸三甘油酯，和蔗糖硬脂酸酯。特别优选的高HLB表面活性剂包括聚山梨醇酯80或聚氧化山梨聚糖单月桂酸酯(作为吐温
Figure S2006800452040D00101
系列表面活性剂可购得)，聚甘油-6月桂酸酯、十甘油月桂酸酯、十甘油油酸酯和蔗糖酯。
在本发明微乳剂的一个实施方案中，油相分散在水相中(即，水包油型(o/w)微乳剂)。油相以特定形式存在，具有小于约300nm的颗粒大小平均直径，如约1至约300nm，优选为约1至约200nm。水相通常包括水和组合物的水溶性组分，占微乳剂的约50％至约90％，优选约70％至约85％。油相通常占微乳剂的约1％至约15％，优选约2％至约6％。通常，油相包括如上限定的水不溶性组分和低HLB乳化剂组分。
可以按照如下的相对简单的方式来配制如上所述的本发明的这种水包油型微乳剂。将亲脂性水不溶性组分与低HLB乳化剂混合以形成油相。如果需要，可以加热来熔化不溶性组分和/或表面活性剂以形成油相。然后形成包括高HLB和中HLB乳化剂的乳化剂体系并混入油相中。然后将水相加入到先前制得的(油相/乳化剂)混合物中并进一步混合以形成微乳剂。形成微乳剂需要的混合是相对简单的混合。用于混合形成微乳剂的各组分的典型设备包括，例如，磁力搅拌器或塔顶混合器。
在选择本发明微乳剂中所用的乳化剂时，以下标准也是重要的。高HLB乳化剂应当具有约9至约17的HLB值，优选约10至约16。不希望限定乳化剂的特定作用机理，使用具有相对大的头部基团和不大的尾部的乳化剂是有利的，按照它们的长度来选择，使它们可以容易地形成胶束。这是赋予体系水溶性特征的主要乳化剂。分子的亲水性部分在侧面互相排斥，使得油侧周围的界面弯曲并促进水包油型微乳剂的形成。低HLB乳化剂必须是亲脂性的并且具有约1至约5的HLB值。该次要乳化剂停留在油相中并且充当助表面活性剂。该乳化剂分子以近乎完美的方式使它们的头部和尾部与油和第一种亲水表面活性剂对准以促进形成尽可能小的胶束。第三种乳化剂具有约6至约8的中HLB值。该次要乳化剂停留在水相中或油相中，同时也充当助表面活性剂。认为该乳化剂不仅可进一步降低微滴间的界面张力，而且有助于使界面弯曲使得微滴变得更小。非常低的界面张力、第一种乳化剂的长疏水性尾部和封闭包装以及助表面活性剂对界面弯曲的作用的结合提供了小微滴尺寸的分散且稳定的体系。可以用于本发明的微乳剂中的食品级表面活性剂的实例包括聚山梨酸酯(乙氧基化脱水山梨醇酯)，如聚山梨酸酯80；脱水山梨醇酯，如山梨聚糖单硬脂酸酯；糖酯，如蔗糖月桂酸酯；脂肪酸聚甘油酯(脂肪酸的一、二、三以及直到十甘油酯)，甘油一酯和甘油二酯，脂肪酸和乙氧基化单-二甘油酯的组合及其混合物。
除上述水包油型微乳剂外，本发明还包括油包水型(w/o)微乳剂。这些对于将水溶性物质掺入油基或脂基组合物中特别有用。在这些油包水型微乳剂中，水相分散在油相中。水相以颗粒形式存在，具有小于约300nm的颗粒大小平均直径，如约1至约300nm，优选约1至约200nm。水相通常包括水和组合物的水溶性组分，占微乳剂的约1％至15％，优选约2％至约6％。油相包括水不溶性组分和油/脂基料，通常占微乳剂的约50％至90％，优选约70％至约85％。在形成这些油包水型微乳剂的过程中，将水溶性组分与高HLB乳化剂混合以形成水相。然后将低HLB和中HLB乳化剂混在一起并加入到水相中。然后通过混合将油相加入到水相中，例如，使用塔顶混合器，以形成油包水型微乳剂。通常，在油包水型微乳剂中，高HLB表面活性剂占最终组合物的约0.1％至约5％，中HLB表面活性剂占最终组合物的约0.1％至约5％，低HLB表面活性剂占最终组合物的约5％至约30％。
可以通过增加或减少微乳剂分散相中的油或水的含量来调节微乳剂组合物和最终产物的物理性质。
最后，本发明包括浓缩微乳剂体系，其包括分散相(包括待掺入最终组合物中的组分)和在此限定的三种乳化剂；该浓缩物不包括连续相。通过搅拌将浓缩物加入连续相中，形成微乳剂。因此，在形成水包油型微乳剂的浓缩物中，将包括选择的脂溶性组分的油基相和三元乳化剂体系，不含有水相。通过混合将该浓缩物加入到水相中，形成水包油型微乳剂。另一方面，对于形成油包水型微乳剂的浓缩物，将是特定水溶性组分的水相和三元乳化剂体系，不含有油相。在该申请中描述了这类浓缩物的实例。这些将形成水包油型微乳剂的浓缩物包括约1％至约40％的分散相，和约1％至约10％的低HLB乳化剂，约1％至约10％的中HLB乳化剂以及约65％至约95％的高HLB乳化剂。这些将形成油包水型微乳剂的浓缩物包括约1％至约40％的分散相，和约65％至约95％的低HLB乳化剂，约1％至约10％的中HLB乳化剂以及约1％至约10％的高HLB乳化剂。通过混合将该浓缩物加入到连续相中，使得最终微乳剂组合物包括约1％至约15％(优选约2％至6％)的分散相，和约50％至约99％(优选约70％至约85％)的连续相。
可以将本发明的微乳剂掺入水基或脂基的食品和饮料制品中。这些产品是常规的并且是本领域公知的。关于这些产品配制的实例和信息可以在Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition(食品科学与营养百科全书)，Benjamin Caballero，Luis C.Trugo和PaulM.Finglas(编辑)，第二版，London：Academic，2003，或在Dictionaryof Food Compounds with CD-ROM：Additives，Flavors andIngredients(带有光盘的食品化合物字典：添加剂、香料和组分)，Shmuel Yannai，Boca Raton编辑，Fla.，CRC Press，2004中，或在The Soft Drinks Companion：A Technical Handbook for theBeverage Industry(软饮料手册：饮料工业科技手册)，MauriceShachman，Boca Raton，Fla.，CRC Press，2005中找到，在此全部引入作为参考。
可以使用以下的常规技术将本发明的微乳剂掺入那些产品中。可以将微乳剂掺入作为色素，香料或其他类型食品配料的那些产品中。可以将微乳剂简单地加入和使用典型的混合机或搅拌机混合或直接稀释至水基或脂基食品和饮料组合物中。将微乳剂体系掺入食品和饮料制品中的速度取决于微乳剂中的单个组分溶入特定食品和饮料系统中的速度；通常，该产品可以在5分钟内达到均质。如果需要，通过提高混合速度和/或可以将食品体系加温至约40℃来加速微乳剂掺入不同体系中的速度。
除了上述组分，本发明的食品和饮料组合物以及微乳剂可以包括以本领域公知的含量在食品或饮料制品中常用的辅助组分。这些组分的实例包括防腐剂、抗氧化剂、香料、色素、营养素、营养药品、食品补充剂、抗氧化剂、植物提取物、治疗剂(例如，软骨素或电解质)，以及这些物质的组合。由于这样的组分是水不混溶或脂不混溶的，可以使用本发明的微乳剂将它们掺入食品和饮料组合物中。
通过使用本发明的组合物和方法，可以不使用助溶剂如乙醇和丙二醇，而形成有效的微乳剂。这些助溶剂可能导致食品或饮料组合物的异味。此外，使用比微乳剂形成中通常需要的水平更低的表面活性剂来形成本发明的微乳剂。因为这个原因，本发明的微乳剂呈现出更少的由表面活性剂引起的异味，并能够携带高水平的难分散组分，以及在浓缩或稀释形式中更稳定。此外，本发明使得含有难分散组分(例如β-胡萝卜素)的稳定组合物的制备成为可能。β-胡萝卜素是高度不溶的并且易于重结晶，因此破坏了典型的微乳剂体系)。本发明实现了以不需要极端加工条件的方式形成的如β-胡萝卜素这类物质的稳定组合物。此外，本发明的微乳剂，以及含有它们的食品和饮料制品，具有可控制的外观，因为通过调节表面活性剂的类型和浓度和/或油相，可以调节成品的光学特性，从透明似水晶到混浊。
以下实施例意为本发明的不同实施方案的说明，并非旨在以任何方式对本发明定义的限制。
实施例1-水包β-胡萝卜素油型微乳剂
以下是本发明水包β-胡萝卜素油型微乳剂制备的实施例。该微乳剂具有以下组成：
Figure S2006800452040D00141
在三个分开的部分中制备以上的组分：(1)水相(水、苯甲酸钠和抗坏血酸)；(2)含有高和中HLB物质的乳化剂混合物(聚山梨酸酯和三甘油单硬脂酸酯)；和(3)包括水不溶性组分和低HLB乳化剂的油相(30％的β-胡萝卜素、维生素E、维生素A和单油酸甘油酯)。使用加热熔化β-胡萝卜素和表面活性剂，使得组分形成单个液相。然后将这三个部分按以下次序加入来形成浓缩的微乳剂。
在第一个容器中，通过将苯甲酸钠加入到去离子水中制备水相。使用中速搅拌混合5分钟直至粉末完全溶解。加入抗坏血酸并混合5分钟。在第二个容器中，通过混合聚山梨酸酯80(TWEEN
Figure S2006800452040D00142
)和聚甘油酯(单硬脂酸三甘油酯)制备乳化剂相。充分混合直至均质。在加热釜中，通过混合30％的β-胡萝卜素、单油酸甘油酯、维生素A棕榈酸酯和α生育酚制备油相。将油相完全混合后，将含有β-胡萝卜素、维生素E、维生素A和单油酸甘油酯的釜加热至280-285℉，同时中速搅拌直至β-胡萝卜素晶体完全溶解。立即将釜中的油相加入到第二个容器内的乳化剂相中，然后再混合5分钟或直至均质。然后将第一个容器中的水相(水/苯甲酸钠/抗坏血酸)加入到第二个容器内的油相和乳化剂的混合物中。高速混合15分钟或直至微乳剂均匀。然后可以将微乳剂稀释至所需的浓度并加入到食品或饮料制品中。
适用于本发明的乳化剂的商业来源的实例，包括但不限于，AbitecADM，BASF，Danisco，ICI，Lambent Technologies，Lonza，MitsubishiChemical和Stepan。
实施例2-水包柠檬油型微乳剂
  组分   重量％
  去离子水   77.225
  苯甲酸钠凝集物   0.075
  抗坏血酸   0.20
  十甘油月桂酸酯-高HLB   16.67
  十甘油油酸酯-中HLB   1.67
  柠檬油   3.33
  蔗糖油酸酯-低HLB   0.83
  总计   100.00
首先，将16.67g十甘油月桂酸酯与1.67g十甘油油酸酯混合。接着，将3.33g柠檬油与0.83g蔗糖油酸酯在分开的容器中混合，然后加入到上面获得的混合物中。第三，在加入抗坏血酸之前将苯甲酸钠与去离子水混合。然后将水相加入到步骤二中得到的混合物中。使用塔顶混合器通过混合获得微乳剂。整个过程在室温下进行。可以用任意量的水稀释该体系。
实施例3-水包红辣椒油型微乳剂
  组分   重量％
  去离子水   71.00
  苯甲酸钠凝集物   0.075
  抗坏血酸   0.20
  十甘油月桂酸酯-高HLB   25.00
  十甘油四油酸酯-中HLB   1.67
  红辣椒油树脂   1.00
  十甘油十油酸酯-低HLB   1.00
  总计   100.00
首先，将25g十甘油月桂酸酯与1.67g十甘油四油酸酯混合。接着，将1g红辣椒油树脂与1g十甘油十油酸酯在分开的容器中混合，然后加入到上面获得的混合物中。第三，在加入抗坏血酸前将苯甲酸钠与去离子水混合。然后将水相加入到步骤二中得到的混合物中。使用塔顶混合器通过混合获得微乳剂。整个过程在室温下进行。可以用任意量的水稀释该体系。
实施例4-甜菜汁油包水型微乳剂
  组分   重量％
  棉籽油   74.64
  聚山梨酸酯80-高HLB   1.49
  单硬脂酸三甘油酯-中HLB   1.49
  甜菜汁   7.46
  蓖麻酸聚甘油酯-低HLB   14.92
  总计   100.00
首先，混合7.46g甜菜汁和1.49g聚山梨酸酯80。接着，将1.49g三甘油酯单硬脂酸与14.92g聚甘油蓖麻酸酯在分开的容器中混合，然后加入到上面获得的混合物中。第三，将棉籽油加入到步骤二中得到的混合物中。使用塔顶混合器通过混合获得浓缩甜菜汁油包水型微乳剂。整个过程在室温下进行。可以用任意量的食用植物油或矿物油或脂基体系来稀释该体系，只要该体系不含有实质性含量的乳化剂。
实施例5-香味提取物油包水型微乳剂
  组分   重量％
  菜籽油   70.17
  十甘油单辛酸酯-高HLB   1.75
  十甘油四油酸酯-中HLB   1.75
  香味提取物   8.77
  聚甘油蓖麻酸酯-低HLB   17.54
  总计   100.00
首先，混合8.77g香味提取物(天然水溶性色素)和1.75g单辛酸十甘油酯。接着，将1.75g四油酸十甘油酯与17.54g蓖麻油酸聚甘油酯在分开的容器中混合，然后加入到上面获得的混合物中。第三，将菜籽油加入到得自步骤二的混合物中。使用塔顶混合器通过混合获得浓缩香味提取物油包水型微乳剂。整个过程在室温下进行。可以用任意量的食用植物油或矿物油或脂基体系来稀释该体系，只要该体系不含有实质性含量的乳化剂。
实施例6-接骨木提取物油包水型微乳剂浓缩物
  组分   重量％
  单油酸聚乙二醇酯-高HLB   5.89
  六油酸十甘油酯-中HLB   5.89
  接骨木提取物   29.41
  十油酸十甘油酯-低HLB   58.82
  总计   100.00
首先，混合29.41g接骨木提取物(天然水溶性色素)和5.89g单油酸聚乙二醇酯。接着，将58.82g四油酸十甘油酯与5.89g六油酸十甘油酯在分开的容器中混合，然后加入到上面获得的混合物中。使用塔顶混合器通过混合将菜籽油加入到得自步骤二的混合物中以形成微乳剂。整个过程在室温下进行。可以用任意量的食用植物油或矿物油或脂基体系来稀释该体系，只要该体系不含有实质性含量的乳化剂。
实施例7-α生育酚水包油型微乳剂浓缩物
Figure S2006800452040D00171
首先，混合6.67gα生育酚(维生素E)和3.33g十油酸十甘油酯。接着，将5g单油酸三甘油酯与85g聚山梨酸酯20在分开的容器中混合，然后加入到上面获得的混合物中。使用塔顶混合器通过混合获得浓缩α生育酚微乳剂(胶束)体系。整个过程在室温下进行。可以用任意量的水稀释该体系。
实施例8-维生素E醋酸酯水包油型微乳剂浓缩物
  组分   重量％
  十甘油月桂酸酯-高HLB   89.26
  四油酸十甘油酯-中HLB   1.65
  维生素E醋酸酯   7.44
  单油酸甘油酯-低HLB   1.65
  总计   100.00
首先，混合7.44g维生素E醋酸酯和1.65g单油酸甘油酯。接着，将1.65g四油酸十甘油酯与89.26g十甘油月桂酸酯在分开的容器中混合，然后加入到上面获得的混合物中。使用塔顶混合器通过混合获得浓缩维生素E醋酸酯水包油型微乳剂(胶束)体系。整个过程在室温下进行。可以用任意量的水稀释该体系。
实施例9-含有维生素E微乳剂的饮料
  组分   重量％
  水   86.67
  蔗糖   6.00
  柠檬酸   1.00
  抗坏血酸   0.30
  苹果汁   5.00
  菠萝汁   1.00
  维生素E微乳剂(例如，参见实施例8)   0.03
  总计   100.00
首先，将6g蔗糖、1g柠檬酸和0.3g抗坏血酸与86.67g水混合，将5g苹果汁、1g菠萝汁和0.3g维生素E微乳剂加入到步骤一的溶液中，并使用搅拌器或塔顶混合器混合直至均质。整个过程在室温下进行。然后使该体系经过热处理，如巴氏灭菌或消毒，以防止微生物腐败。
实施例10-含有β-胡萝卜素微乳剂的饮料
  组分   重量％
  水   86.44
  蔗糖   12.00
  柠檬酸   1.30
  抗坏血酸   0.20
  橙子香精   0.05
  β-胡萝卜素微乳剂(例如，参见实施例1)   0.01
  总计   100.00
首先，将12g蔗糖、1.03g柠檬酸和0.2g抗坏血酸与86.44g水混合。接着，将0.05g橙子香精和0.01g β-胡萝卜素微乳剂加入到步骤一中形成的溶液中，并使用搅拌器或塔顶混合器混合直至均质。整个过程在室温下进行。然后将该体系经过热处理，如巴氏灭菌或消毒，以防止微生物腐败。
实施例11-含有香味提取物天然色素微乳剂的糖衣
 组分   重量％
 细砂糖   77.88
 菜籽油   11.88
 水   9.11
 塔塔奶油   0.77
 盐   0.45
 香味提取物微乳剂(例如，参见实施例5)   0.17
 总计   100.00
首先，将77.8g细砂糖、0.77g塔塔奶油和0.45g盐与9.11g水和11.88g菜籽油混合。然后将香味提取物微乳剂加入到步骤一中形成的混合物中。充分混合直至均质。整个过程在室温下进行。
尽管已经参照某些具体的实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将意识到许多变化是可能的，而不脱离本发明的范围和精神。此外，将理解本申请旨在覆盖在此公开的本发明的所有改变和改进，用于说明的目的，其并不构成脱离本发明的精神和范围。

Claims (52)

1.用于将亲脂性水不溶性物质掺入食品组合物中的微乳剂，包括：
(a)包括含所述水不溶性物质和0.1％至5％的具有1至5HLB的低HLB乳化剂的占总体1％至15％的油相；
(b)占总体50％至90％的水相；和
(c)余者为食品级乳化剂体系，包括：
(i)5％至25％的具有9至17HLB的高HLB乳化剂；和
(ii)0.1％至5％的具有6至8HLB的中等HLB乳化剂；
其中所述油相在所述水相中分散成具有1至300nm平均直径的颗粒；所述乳化剂是非离子型的。
2.根据权利要求1的微乳剂，其中组分(c)(i)中限定的乳化剂具有10至16的HLB。
3.根据权利要求1的微乳剂，其中水相含有溶解的物质，其选自色素、汁液、抗氧化剂、天然成分的提取物、药剂、乳制品、肽、香料、香味物质前体、营养素、调味品、及其混合物。
4.根据权利要求3的微乳剂，其中所述营养素是蛋白质。
5.根据权利要求3的微乳剂，其中所述抗氧化剂是简单酚类或多酚。
6.根据权利要求3的微乳剂，其中所述调味品是酸。
7.根据权利要求1的微乳剂，其中低HLB乳化剂选自脂肪酸甘油脂、一甘油酯、二甘油酯、乙氧基化一甘油酯、脂肪酸聚甘油酯、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、脂肪酸脱水山梨醇酯、脂肪酸蔗糖酯及其混合物。
8.根据权利要求1的微乳剂，其中低HLB乳化剂选自单油酸甘油酯、蓖麻酸聚甘油酯、十油酸十甘油酯、蔗糖芥酸酯、蔗糖油酸酯及其混合物。
9.根据权利要求1的微乳剂，其中中等HLB乳化剂选自一甘油酯、二甘油酯、乙氧基化一甘油酯、脂肪酸脱水山梨醇酯、一甘油酯和二甘油酯的磷酸酯、脂肪酸聚甘油酯、卵磷脂、脂肪酸蔗糖酯及其混合物。
10.根据权利要求1的微乳剂，其中中等HLB乳化剂选自六油酸十甘油酯、单油酸三甘油酯、蔗糖硬脂酸酯及其混合物。
11.根据权利要求1的微乳剂，其中高HLB乳化剂选自一和二甘油酯的醋酸酯、一和二甘油酯的乳酸酯、一和二甘油酯的琥珀酸酯、一和二甘油酯的二乙酰酒石酸酯、聚脱水山梨醇酯、脂肪酸聚甘油酯、卵磷脂、脂肪酸蔗糖酯及其混合物。
12.根据权利要求1的微乳剂，其中高HLB乳化剂选自聚山梨酸酯80、聚氧脱水山梨醇单月桂酸酯、聚甘油-6-月桂酸酯、十甘油月桂酸酯、十甘油油酸酯、及其混合物。
13.根据权利要求1的微乳剂，其中水不溶性物质选自精油、食用油、肽、色素、香料、营养素、营养药品、治疗剂、抗氧化剂、防腐剂、及其混合物。
14.根据权利要求13的微乳剂，其中所述抗氧化剂是类胡萝卜素及其衍生物或维生素A及其衍生物。
15.根据权利要求13的微乳剂，其中所述营养素选自蛋白质、维生素A及其衍生物、维生素D及其衍生物和维生素K及其衍生物。
16.根据权利要求13的微乳剂，其中所述食用油主要是脂肪酸。
17.根据权利要求13的微乳剂，其中抗氧化剂是硫辛酸。
18.根据权利要求1的微乳剂，其中水不溶性物质选自β-胡萝卜素、阿朴胡萝卜素醛、维生素E、维生素A、维生素A棕榈酸酯、维生素E醋酸酯及其混合物。
19.根据权利要求1的微乳剂，其中油相在所述水相中分散成具有1至200nm平均直径的颗粒。
20.根据权利要求1的微乳剂，其包括70％至85％的水相和2％至6％的油相。
21.根据权利要求1的微乳剂，其中微乳剂中所用的乳化剂包括单油酸甘油酯、聚山梨酸酯80和聚甘油酯。
22.掺入权利要求1的微乳剂的食品组合物。
23.掺入权利要求1的微乳剂的饮料组合物。
24.制备权利要求1的微乳剂的方法，包括步骤：
(a)将亲脂性水不溶性组分与低HLB乳化剂混合以形成油相；
(b)将乳化剂体系混入油相中；和
(c)将水相加入步骤(b)的产物中并混合以形成微乳剂。
25.用于将水溶性物质掺入食品组合物中的微乳剂，包括：
(a)包含所述水溶性物质和0.1％至5％的具有9至17HLB的高HLB乳化剂的占总体1％至15％的水相；
(b)占总体50％至90％的油相；和
(c)余者为食品级乳化剂体系，其包括：
(i)5％至30％的具有1至5HLB的低HLB乳化剂；和
(i i)0.1％至5％的具有6至8HLB的中等HLB乳化剂；
其中所述水相在所述油相中分散成具有1至300nm平均直径的颗粒；所述乳化剂是非离子型的。
26.根据权利要求25的微乳剂，其中油相包括溶解的物质，其选自精油、食用油、肽、色素、香料、营养素、营养药品、治疗剂、抗氧化剂、防腐剂及其混合物。
27.根据权利要求26的微乳剂，其中所述抗氧化剂是类胡萝卜素及其衍生物或维生素A及其衍生物。
28.根据权利要求26的微乳剂，其中所述营养素选自蛋白质、维生素A及其衍生物、维生素D及其衍生物和维生素K及其衍生物。
29.根据权利要求26的微乳剂，其中所述食用油主要是脂肪酸。
30.根据权利要求26的微乳剂，其中抗氧化剂是硫辛酸。
31.根据权利要求25的微乳剂，其中低HLB乳化剂选自脂肪酸甘油酯、一甘油酯、二甘油酯、乙氧基化一甘油酯、脂肪酸聚甘油酯、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、脂肪酸脱水山梨醇酯、脂肪酸蔗糖酯及其混合物。
32.根据权利要求25的微乳剂，其中低HLB乳化剂选自单油酸甘油酯、聚甘油蓖麻酸酯、十油酸十甘油酯、蔗糖芥酸酯、蔗糖油酸酯及其混合物。
33.根据权利要求25的微乳剂，其中中等HLB乳化剂选自一甘油酯、二甘油酯、乙氧基化甘油一酯、脂肪酸脱水山梨醇酯、一甘油酯磷酸酯和二甘油酯磷酸酯、脂肪酸聚甘油酯、卵磷脂、脂肪酸蔗糖酯及其混合物。
34.根据权利要求25的微乳剂，其中中等HLB乳化剂选自六油酸十甘油酯、单油酸三甘油酯、蔗糖硬脂酸酯及其混合物。
35.根据权利要求25所述的微乳剂，其中高HLB乳化剂选自一和二甘油酯的醋酸酯、一和二甘油酯的乳酸酯、一和二甘油酯的琥珀酸酯、单和二甘油酯的二乙酰酒石酸酯、聚脱水山梨醇酯、脂肪酸聚甘油酯、卵磷脂、脂肪酸蔗糖酯及其混合物。
36.根据权利要求25的微乳剂，其中高HLB乳化剂选自聚山梨酸酯80、聚氧山梨聚糖单月桂酸酯、聚甘油-6-月桂酸酯、十甘油月桂酸酯、十甘油油酸酯及其混合物。
37.根据权利要求25的微乳剂，其中水溶性物质选自色素、汁液、抗氧化剂、天然成分的提取物、药剂、乳制品、肽、香料、香味物质前体、营养素、调味品及其混合物。
38.根据权利要求37的微乳剂，其中所述营养素是蛋白质。
39.根据权利要求37的微乳剂，其中所述抗氧化剂是简单酚类或多酚。
40.根据权利要求37的微乳剂，其中所述调味品是酸。
41.权利要求37的微乳剂，其中水相包括选自植物提取物、营养素、抗氧化剂、香料、色素及其混合物的可溶性物质。
42.权利要求41的微乳剂，其中所述营养素是维生素。
43.掺入权利要求25的微乳剂的食品组合物。
44.制备权利要求25的微乳剂的方法，包括步骤：
(a)将水溶性物质组分与高HLB乳化剂混合以形成水相；
(b)将乳化剂体系混入水相中；和
(c)将油相加入步骤(b)的产物中并混合以形成微乳剂；
其中所述乳化剂是非离子型的。
45.用于形成食品组合物中所用的水包油型微乳剂的浓缩物，包括：
(a)1％至40％的含有待掺入所述食品组合物中的亲脂性组分的分散油相；
(b)1％至10％的具有1至5HLB的食品级低HLB乳化剂；
(c)1％至10％的具有6至8HLB的食品级中等HLB乳化剂；和
(d)65％至95％的具有9至17HLB的食品级高HLB乳化剂；
其中所述乳化剂是非离子型的。
46.根据权利要求45的浓缩物，其中所述食品组合物是饮料组合物。
47.用于形成油基或脂基产品所用的油包水型微乳剂的浓缩物，包括：
(a)1％至40％的含有待掺入所述食品组合物中的组分的分散水相；
(b)65％至95％的具有1至5HLB的食品级低HLB乳化剂；
(c)1％至10％的具有6至8HLB的食品级中等HLB乳化剂；和
(d)1％至10％的具有9至17HLB的食品级高HLB乳化剂；
其中所述乳化剂是非离子型的。
48.根据权利要求47的浓缩物，其中所述食品组合物是饮料组合物。
49.使用权利要求45的浓缩物制备的食品组合物。
50.使用权利要求45的浓缩物制备的饮料组合物。
51.使用权利要求47的浓缩物制备的食品组合物。
52.使用权利要求47的浓缩物制备的饮料组合物。
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