CN101410172A - 用于生成新制品稠度的水包油乳液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水包油乳液，其中所述油滴的直径为5nm到数百微米，其呈现出具有直径为0.5到200nm亲水畴的纳米尺寸自组装结构，这是由于亲油性添加剂的存在，其中为了产生新制品稠度和质地，该水包油乳液含有稠化剂或凝胶剂。

Description

用于生成新制品稠度的水包油乳液
发明领域
本发明涉及一种粘性的或凝胶化的水包油乳液，其中被分散的油滴呈现出自组装的内部结构，从而允许能够生成新的制品稠度和质地。
背景技术
工业中的乳液
乳液是许多工业制品中常见的胶质体系，如食品、化妆品、药物或农用化学品制品等。它们常用于为消费者提供功能分子和营养特性，或生成特定的质地或取悦消费者。水包油乳液用油滴做成，其油滴分散在水连续相中，并用表面活性分子稳定。为了将油相分散在所述连续水相中，使用均质机，其能产生出不同大小范围(半径为约100nm到数百微米)的油滴。通常用于水包油基乳液制品中的表面活性物质，也表示为乳化剂，可以是低分子量的亲水表面活性剂，例如聚山梨醇酯、溶血卵磷脂等，或者聚合物，例如蛋白质，如明胶，或来自于乳汁、大豆，或者多糖、水解胶体，例如阿拉伯胶或黄原胶或者微粒材料，例如二氧化硅颗粒，或其混合物。
乳液的一个相对新应用是制备固态亲水纳米颗粒或微米颗粒。JP 2004008837公开了一种水包油乳液，其含有存在于所述油滴中的水溶性固态颗粒。所述颗粒的尺寸范围为20nm～10μm。在采用多孔膜乳化工艺使得整个颗粒/油(S/O)悬浮液分散在水相中之前，通过脱水(即非自发过程)在油包水(w/o)乳液中制备所述颗粒。
WO 02/076441公开了使用碳氟化合物包醇(alcohol-in-fluorcarbon)的微乳液作为前体制备固态纳米颗粒。所述纳米颗粒的直径低于200-300纳米。纳米颗粒的形成不是自发的，而是由在约35℃以下冷却所述前体微乳液而导致的，或由蒸发所述前体微乳液中的醇而导致的，或由采用适当的极性溶剂稀释所述微乳液而导致的。
US 2004/022861公开了w/o/w双乳液，其中所述油滴含有水性微米级水相，所述水相含有蛋白质或其它亲水试剂。例如，将整个双乳液通过毛细喷嘴喷入液氮中而生产加载蛋白质的微米颗粒。
所有这些例子描述了固态亲水(纳米)颗粒的非自发形成，其使用w/o微乳液或w/o或w/o/w双乳液，和需要外部诱发以使油滴内的亲水畴固化。在制备(纳米)颗粒后，其很大程度上不受环境因素的影响，例如温度、pH或外部流体特性。需要提及的是其中水滴未被固化(即流动的)的普通w/o微乳液容易受这些环境因素的影响。
水包油乳液基制品普遍存在于食品、化妆品、药物或农用化学品中。主要的水包油乳液基的食品是例如牛奶、蛋黄酱、沙拉涂抹料或调味料。用于化妆品或药物工业的主要的水包油乳液基制品是洗剂、霜剂、乳剂、丸剂、片剂等。这些制品中的油滴经常由例如甘油三酯、甘油二酯、蜡、脂肪酸酯、脂肪酸、精油、醇类、矿物油、烃、或其它为油类物质构成。
乳液被用作起始物料、中间体或最终制品或作为最终制品的添加剂。
乳液稠度
在实践中，亲水胶体或多糖用作增稠剂(viscosifier)，也称为增粘剂或胶凝剂，从而使水包油乳液具有一定的稠度、质地、稳定性或口感(Darling DF，Birkett RJ；‘Food Emulsions and Foams’中的‘Foodcolloids in practice’，Dickinson E(ed)，The Royal Society of Chemistry，London(1987)pp 1-29)。正常情况下，具有低或中等油体积比例(即油滴量低于30-60体积％)的o/w乳液是非常流动的(液体)，既不能用作涂覆材料或膏状物或霜剂或凝胶，也不能用作具有良好的货架期和/或乳状口感的制品基料。所述o/w乳液经常容易发生乳状液分层、聚结、絮凝或沉降。为了在所述乳液基制品中产生特定稠度或质地，添加稠化剂(thickener)。稠化剂是一种优选不吸附到水-油界面(即油滴的界面)的成分(单一成分或多成分的混合物)，但是其本质上为所述连续相提供了粘度，从而降低油滴的布朗运动，以此减缓油滴聚结、沉降、絮凝或发生乳状液分层，从而有助于更好的稳定性和/或乳状感官。
发明详述
本发明基于油滴内部的新纳米尺寸自组装结构的发现。所述内部油滴结构是通过向所述油滴中添加亲油性添加剂(LPA)而形成的。该结构可使亲油性成分、两性成分和亲水性成分溶解。油滴内的纳米尺寸自组装结构主要由纳米尺寸的热力学稳定的亲水畴(即液滴、棒或通道)组成。乳液油滴内自发(热力学驱动的)形成的纳米尺寸畴由LPA稳定。亲水畴的大小可以为0.5到200nm的直径，优选0.5到150nm的直径，更优选0.5到100nm的直径，最优选0.5到50nm的直径。
正如此处所用的，‘亲水畴’由水畴和LPA分子的亲水端基区域组成。因为它们的尺寸特别小，它们还具有大表面积，其成为用于溶解多种不同活性要素的适宜位置。
‘自组装’或‘自组织’概念是指由分离的分子自发形成聚集(结合)体或纳米结构。在自组装结构中的分子仅根据它们的结构和化学特性由于给定的分子内作用力例如疏水、水合作用或静电力而找到它们合适的位置，(Evans，D.F.；
Figure A20068005147600081
H.(Eds.)；‘The Colloidal Domain’，Wiley-VCH，New York，(1999))。自组装的结果不依赖制备它们的工艺本身，而对应系统的最低能量(稳定平衡)状态。
大量的科学研究表明通过独立的Winsor系统(Winsor I(o/w微乳液加过量的油)或WinsorII(w/o微乳液加过量的水))均质形成的乳液的类型(o/w或w/o)与在其过量连续相处平衡状态的微乳液相中形成的类型相同。例如，w/o微乳液加过量水(WinsorII系统)的乳化在足够高的表面活性剂浓度下(即大于油相的表面活性剂的临界浓度cμcoil)产生w/o乳液，其连续相本身是一种w/o微乳液(B.P.Binks，Langmuir(1993)9，25-28)。这表明当普通的w/o微乳液用水相稀释时，优选形成的是w/o乳液，而不是o/w乳液。Binks等人(B.P.Binks Langmuir(1993)9，25-28)根据所述表面活性剂在水相和油相之间的分配参考Bancroft′s原则(W.D.Bancroft，J.Phys.Chem.(1913)17，501)来解释这种行为：如果表面活性剂聚集在油相中，即相对水相而言更溶于油相，形成的乳液的类型通常是w/o而不是o/w类型。为了用w/o微乳液或WinsorII系统(w/o微乳液加过量水)形成o/w乳液，表面活性剂必需经历相变换，即其溶解性从油溶性(w/o乳液的形成)变化成水溶性(o/w乳液的形成)(P.Izquierdo等，Langmuir(2002)18，26-30)。使用非离子表面活性剂例如烷基乙氧基化物，例如C12EO4，这可以通过将该系统从40-50℃(PIT温度)冷却到25℃来达到。这完全不同于本发明，本发明将中亲油性添加剂(LPA；在室温下于油相中形成w/o微乳液)的相行为与o/w乳液的形成相关联，在o/w乳液中含有亲水畴或LPA的油滴用普通的水溶性乳化剂稳定。在本情况中，亲水畴是流动的而不是固体。含有亲水畴的w/o微乳液或油可被稀释(分散)在水相中，这不会经历相反转和不会使得所述被分散的油滴内部的亲水畴变得松散，并且不必在分散步骤之前将所述内部亲水畴固化在所述油滴中。
根据本发明，在本发明乳液的油滴内部自发形成所述纳米尺寸自组装结构可以以不同的方式实现。一种方式是在均质步骤前向油相中加入亲油性添加剂(LPA)，其使得自发形成所述纳米尺寸自组装结构。另一种方式是在均质步骤后向乳液制品中加入亲油性添加剂(LPA)。在这种情况下，亲油性添加剂会溶解到油滴中，并将导致在油滴中自发形成纳米尺寸自组装结构。作为均质机，可以使用普通的工业或实验室级别的均质机，例如Rannie活塞均质机、Kinematica转子定子混合器、胶体磨、Stephan混合器、Couette剪切室或膜乳化设备。此外，超声波、蒸汽注射或厨用混合器也适用于产生本发明所描述的乳液。在所述油滴内自发形成纳米尺寸自组装结构不依赖于用于制备所述乳液的能量输入和LPA的添加顺序。这意味着纳米和微米流体技术适用于制备本发明的乳液。
加热可有助于所述分散过程，因为内部结构在高温下可能相对不粘稠，分散过程在高温下可能需要较小的剪切力。
制造本发明的乳液的另一个途径是使用水溶助长剂或水结构破坏剂，或者可化学驱动或热力学驱动的自发乳化(Evans，D.F.；
Figure A20068005147600101
H.(Eds.)；‘The Colloidal Domain’，Wiley-VCH，New York，(1999))。
本发明的乳化系统与通常已知的水-油-油双乳液有明显区别，w/o/w(水/油/水)双乳液是水包油乳液，其中油滴含有微米尺寸的水滴(Garti，N.；Bisperink，C；Curr.Opinion in Colloid & Interface Science(1998)，3，657-667)。在分散的双乳液油滴中的水滴通过机械能量输入方式制备(分散)，例如均质，结果是热力学不稳定的，不能自组装。在w/o/w双乳液中的所述内部水滴的直径大于300nm。本发明的乳液可容易地与普通的w/o/w双乳液区分，因为本发明的乳液的油滴内纳米尺寸自组装结构的形成是自发的、热力学驱动的，所述水滴或通道的平均直径低于200nm。
本发明基于以下发现：当向本发明的乳液的连续水相中加入常见的稠化剂或凝胶剂，所述油滴内部中的纳米尺寸自组装结构不会被破坏。添加稠化剂不会改变油滴内部的自组装结构。它仅使流动乳液具有一定的稠度和质地，结果是具有较好的货架期、较好的感官特性、和将该乳液作为涂覆材料(它可容易地喷涂在固体表面上)或以凝胶或膏状物的形式使用的可能。
本发明涉及向含有纳米尺寸自组装油滴的乳液中添加稠化剂、特别是糖、水解胶体或多糖或其它延长长链聚合物，以及形成颗粒凝胶的聚合物或大分子(例如乳清蛋白或酸化酪蛋白胶束)，以使得产生新的制品稠度和质地。在不添加增稠剂的情况下，低到中等体积比例(最多50％油体积)的油-水乳液是液体状的，如，即它们在外力场下容易流动。在本发明的油相(油加PLA)存在下水解胶体的使用可生产凝胶状或糊状或高粘性的或粘弹性的材料。依赖所述内部纳米尺寸自组装油滴结构，它们更多地充当惰性(降低凝胶强度)填料或活性(增加凝胶强度)填料，和特别地与所述凝胶网络相互作用。这使得以能够产生制品稠度的高可变性并同时保持制品中水和稠化剂的量恒定为优势而形成新制品。
在固定的组成下所述稠度可以另外通过温度调节。根据添加的稠化剂的种类或所述乳液滴中形成的纳米尺寸自组装结构的种类，升高温度可逆地降低了系统的粘度，即糊状物可变成液体，或增加系统的粘度，即液体变成凝胶，或在再次增加系统粘度前可首先降低粘度直到中间温度。所述乳液的粘性或凝胶特性可容易地通过添加合适的稠化剂和/或在所述乳液滴中形成特定的纳米尺寸自组装结构而调节。
乳液配方
本发明涉及粘性或凝胶化的水包油乳液，其中所述油滴的直径为5nm到数百微米，其呈现出具有直径为0.5到200nm亲水畴的纳米尺寸自组装结构，这是由于亲油性添加剂的存在，和其中所述乳液含有基于全部最终制品为0.01～80wt-％的稠化剂。所述稠化剂的浓度优选高于0.05wt-％，更优选高于0.1wt％，更加优选地高于0.5wt％，最优选地高于1wt-％。下限取决于增加本发明的o/w乳液的粘度所需的最低浓度。所述稠化剂浓度优选低于70wt-％，更优选地所述稠化剂浓度低于60wt-％。最优选地所述增稠剂浓度低于50wt-％。上限取决于可被添加到本发明的o/w乳液中仍能产生均匀制品的稠化剂的最大浓度。任何所述下限和上限的组合都包括在本发明的范围内。
在某种情况下，向配方中加入所述稠化剂。在另一些情况下，所述稠化剂可以已经存在于制品本身中，例如食品、霜剂等。在后一种情况下，不必将它和本发明中的乳液的其它成分一起添加。
添加所述稠化剂或凝胶剂是为了在制品中生产一定的粘度。在室温下，该粘度高于2mPas。优选地该粘度高于5mPas。更优选地该粘度高于10mPas。甚至更优选地该粘度高于50mPas，最优选地该粘度高于100mPas。所述粘度可能是零剪切粘度、表观剪切粘度或复合粘度。在仅含有一种或多种稠化剂的系统中测量出最小粘度值，从而避免其它成分和组分(例如油滴、乳化剂等)对测量的粘度数据产生干扰。
LPA可原样加入或通过化学、生物化学、酶或生物方法原位产生。本发明的乳液中存在的油滴的量(油滴的体积比例)是普通水包油乳液制品中一般采用的量。本发明的水包油乳液可以是水包油乳液(大油滴)、纳米尺寸水包油乳液或水包油微乳液，这取决于所述油滴的大小。
更精确的说，本发明涉及包含分散油滴和含有乳化剂和稠化剂或胶凝剂的水连续相的水包油乳液，所述油滴具有纳米尺寸自组装结构内部，该内部包含
(i)油，选自矿物油、烃、植物油、蜡、醇类、脂肪酸、单，双或三甘油酯、精油、香料油、脂溶性维生素、酯、营养品(neutraceutical)、水合萜品、萜烯及其混合物。
(ii)亲油性添加剂(LPA)或亲油性和亲水性添加剂的混合物，其具有低于约10、优选低于8的HLB值(亲水-亲油平衡值)。
(iii)含有水或非水性极性液体例如多元醇的以液滴、棒或通道形式的亲水畴。
加入所述乳化剂以吸附至本发明的油滴的界面，从而将其稳定以免物理乳液退化，例如聚结和或絮凝。其选自HLB＞8的低分子量表面活性剂，来自乳汁的蛋白质、例如乳清蛋白、乳清蛋白分离物、乳清蛋白浓缩物、乳清蛋白聚集体、酪蛋白酸盐、酪蛋白胶束、酪蛋白类、溶解酵素清蛋白、或来自大豆的、氨基酸肽、蛋白质水解物、嵌段共聚物、无规共聚物、Gemini表面活性剂、表面活性水解胶体、例如阿拉伯树胶、黄原胶、明胶、聚电解质、角叉胶、羧甲基纤维素、纤维素衍生物、阿拉伯胶、半乳甘露聚糖、壳聚糖、透明质酸、果胶、丙二醇藻酸酯、变性淀粉、马齿苋、黄芪胶、结冷胶、类脱辅基蛋白生物聚合物如蛋白质-多糖结合物或凝聚层、或蛋白质-多糖、蛋白质-蛋白质、或多糖-多糖混合物、结合物、或聚合物和生物聚合物的混合物、聚电解质-表面活性剂复合物、DNA、核酸、颗粒(微或纳米尺寸)、淀粉和淀粉基聚合物、直链淀粉、支链淀粉及其混合物。
稠化剂或胶凝剂选自水解胶体、多糖、结冷胶、红藻胶、黄原胶、角叉胶、羧甲基纤维素(CMC)、微晶纤维素(MCC)、半乳甘露聚糖，瓜儿胶、刺槐豆胶、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、淀粉、麦芽糊精、糊精、右旋糖、糖、转化糖浆、蔗糖、葡萄糖、甘油、酶处理淀粉、淀粉衍生物、物理变性淀粉、支链淀粉、淀粉酶、琼脂、罗望子胶、魔芋胶、阿拉伯胶、角豆胶、低和高甲氧基果胶、果胶衍生物、丙二醇藻酸酯(PGA)、藻酸酯(盐)、明胶、乳清蛋白颗粒胶、酸诱导酪蛋白胶及其混合物。
在这时使用的，‘亲油性添加剂’(简称是‘LPA’)指亲油的两性试剂，其在分散的油相中自发地形成稳定的纳米尺寸自组装结构。所述亲油性添加剂(混合物)选自脂肪酸、脱水山梨糖醇酯、丙二醇单酯或二酯、聚乙二醇化脂肪酸、甘油单酯、甘油单酯的衍生物、甘油二酯、聚乙二醇化植物油、聚氧乙烯脱水山梨糖醇酯、磷脂、脑磷脂、脂质、糖酯、糖醚、蔗糖酯、聚甘油酯及其混合物。
根据本发明的第一个实施方式，所述水包油乳液在温度为0℃到100℃下呈现具有选自L2结构或者L2和油结构的组合(微乳液或各向同性液滴)的内部结构的油滴。
根据本发明的第二个实施方式，所述水包油乳液在温度为0℃到100℃下呈现具有L2结构(微乳液或各向同性液滴)的内部结构的油滴。
根据本发明的第三个实施方式，所述水包油乳液在温度为0℃到100℃下呈现具有选自L2结构(微乳液或各向同性液滴)或液晶(LC)结构(例如反胶束立方、反双连续立方或反六角)和其组合的内部结构的油滴。
根据本发明的第四个实施方式，所述水包油乳液在温度为0℃到100℃下呈现具有LC内部结构的油滴。
根据本发明的第五个实施方式，所述水包油乳液在温度为0℃到100℃下呈现具有选自L3结构、L2和L3结构的组合、层状液晶(Lα)和L2结构的组合、层状晶体和L2结构的组合的内部结构的油滴。
根据本发明的第六个实施方式，所述水包油乳液在温度为0℃到100℃下呈现具有作为前述结构的组合的内部结构的油滴。
根据本发明，所述水包油乳液也可以含有其它活性成分，其选自香料、香料前体、芳香物、芳香物前体、增味剂、盐、糖、氨基酸、多糖、酶、肽、蛋白质或碳水化合物、食品增补剂、食品添加剂、激素、细菌、植物提取物、药物、药剂、营养物、用于农业化学或化妆品应用的化学品、类胡萝卜素、维生素、抗氧化剂或营养品选自由叶黄素、叶黄素脂、β-胡萝卜素、生育酚及生育酚乙酸酯、生育三烯酚、番茄红素、辅酶-Q10、亚麻油、硫辛酸、维生素、多酚及其配醣、酯和/或硫酸盐结合物、异黄酮、黄酮醇、黄烷酮及其配醣例如橘皮苷、黄烷3-醇类包含儿茶素单体及其没食子酸酯例如表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)及其原花青素低聚体、维生素C、维生素C棕榈酸酯、维生素A、维生素B12、维生素D、α-和γ多不饱和脂肪酸、植物甾醇类、酯化植物甾醇类、未酯化植物甾醇类、玉蜀黍黄素、咖啡因及其混合物。
所有上述提及的内部结构可毫无问题地通过SAXS分析和通过冷冻刻蚀电镜(cryo-TEM)和冷冻断裂EM(Qiu et al.Biomaterials(2000)21，223-234，Seddon.Biochimica et Biophysica Acta(1990)1031，1-69，Delacroix et al.J.MoI.Biol.(1996)258，88-103，Gustafsson et al.Langmuir(1997)13，6964-6971，Portes.J.Phys：Condens Matter(1992)4，8649-8670)和冷冻刻蚀电镜(cryo-TEM)图象的快速傅立叶变换(FFT)来确定。
对于特定应用，也可以使用超过100℃的温度(例如干馏温度或晶体分子的熔化温度或晶体分子在含油或/和LPA的介质中的熔化温度)，这包括在本发明的范围内。
亲油性添加剂(LPA)也可以与亲水添加剂(具有HLB超过10)混合，直至该混合物不超过所有混合物的HLB为10、优选8的量。所述添加剂(混合物)也可以通过化学、生化、酶或生物学方法原位制备。
添加的亲油性添加剂的量被定义为δ。δ被定义为比值LPA/(LPA+油)×100。δ优选大于0.1，更优选地大于0.5，甚至更优选地大于1，甚至更优选地大于3，甚至更优选地大于10，最优选地大于15。
比值δ＝LPA/(LPA+油)×100优选低于99.9，更优选低于99.5，更优选低于99.0，甚至更优选低于95，甚至更优选低于84，甚至更优选低于80，最低选低于70。任何所述下限和上限范围的组合包括在本发明的范围内。δ可用wt-％或mol-％表示。δ的下限和上限取决于所用的油和LPA的性质例如极性、分子量、介电常数等，或物理特性如油滴相中LPA的临界聚集浓度(CAC)或临界胶束浓度(cmc)。
所述乳化剂也可与LPA混合、或与所述油、或与LPA和所述油混合。这意味着所述乳化剂也可部分存在于油滴的内部，和影响所述内部纳米尺寸自组装结构。
比值β＝乳化剂/(LPA+油)×100描述了通过吸附用于稳定油滴的乳化剂相对于所述油加LPA含量的量。β优选大于0.0001％，优选大于0.001％，优选大于0.01％，优选大于0.1％，优选大于0.5％。比值β＝乳化剂/(LPA+油)×100优选低于50，更优选低于25，甚至更优选低于10％。任何所述下限和上限范围的组合包括在本发明的范围内。β可用wt-％或mol-％表示。在某种情况下，向所述配方中添加所述乳化剂。在其它情况下，所述乳化剂可能存在于制品本身中，如食品制品、霜剂等，并且不需要添加该乳化剂。
在本发明的水包油乳液中，LPA选自肉豆蔻酸、油酸、月桂酸、硬脂酸、棕榈酸、PEG 1-4硬脂酸酯、PEG 2-4油酸酯、PEG-4二月桂酸酯、PEG-4二油酸酯、PEG-4二硬脂酸酯、PEG-6二油酸酯、PEG-6二硬脂酸酯、PEG-8-二油酸酯、PEG-3-16蓖麻油、PEG 5-10氢化蓖麻油、PEG6-20玉米油、PEG 6-20杏仁油、PEG-6橄榄油、PEG-6花生油、PEG-6棕榈仁油、PEG-6氢化棕榈仁油、PEG-4葵酸/辛酸甘油三酯、植物油和山梨糖醇的单、二、三、四酯、季戊四醇二、四硬脂酸酯、异硬脂酸酯、油酸酯、辛酸酯或癸酸酯、聚甘油-3二油酸酯、硬脂酸酯、异硬脂酸酯、聚甘油4-10五油酸酯、聚甘油2-4油酸酯、硬脂酸酯、或异硬脂酸酯、聚甘油4-10五油酸酯、聚甘油-3二油酸酯、聚甘油-6二油酸酯、聚甘油-10三油酸酯、聚甘油-3二硬脂酸酯、C6到C20脂肪酸的丙二醇单或二酯、C6到C20脂肪酸的甘油单酯、甘油单酯的乳酸衍生物、甘油二酯的乳酸衍生物、双乙酰酒石酸甘油单酯、三甘油单硬脂酸酯胆固醇(triglycerolmonostearate cholesterol)、植物甾醇、PEG 5-20大豆固醇、PEG-6脱水山梨糖醇四、六硬脂酸酯、PEG-6脱水山梨糖醇四油酸酯、脱水山梨糖醇单月桂酸酯、脱水山梨糖醇单棕榈酸酯、脱水山梨糖醇单三油酸酯、脱水山梨糖醇单和三硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单异硬脂酸酯、脱水山梨糖醇倍半油酸酯、脱水山梨糖醇倍半硬脂酸酯、PEG-2-5油基醚、POE 2-4月桂醚、PEG-2十六烷基醚、PEG-2硬脂基醚、蔗糖二硬脂酸酯、蔗糖二棕榈酸酯、油酸乙酯、肉豆蔻酸异丙酯、棕榈酸异丙酯、亚油酸乙酯、亚油酸异丙酯、泊洛沙姆(poloxamer)、来自其它植物的燕麦脂质和亲油性两性脂质、磷脂、卵磷脂、脑磷脂、及其混合物。
根据本发明的水包油乳液通常是液体或半液体形式。根据本发明的另一个实施方式，所述乳液被干燥并可以叶状、片状或粉状形式获得。小角X-射线散射和Cryo-TEM或冷冻断裂EM表明油/水乳液中油滴的内部结构当其被干燥和通过加水复原时被复原。
本发明中水包油乳液可以是最终制品或者是添加剂。最终制品中所述添加剂的量并不重要，其是可以变化的。
本发明描述的乳液滴可以被聚集或絮凝。
本发明描述的乳液是一种新型乳液，其被命名为“ISAMULSION”以描述含有内部自组装的结构的油滴的特性，和以使得本发明的乳液不包括在普通的水包油或w/o/w双乳液(包括纳米和微乳液)中，其中所述普通乳液的油滴不具有就亲水畴而言的纳米尺寸自组装结构。ISAMULSION滴基本由就亲水畴而言具有纳米尺寸自组装结构的油滴组成。这个结构可以是层状液晶、或层状晶体、或含有L2、微乳液、各向同性液体相、六角相、胶束立方相、或双连续立方相的反相特性。油相中的这种结构可以作为单纳米结构或作为不同纳米结构的混合物出现。
本发明可用于食品、宠物食品、营养品(neutraceutical)、功能食品、清洁剂、营养化妆品(nutricosmetical)、化妆品、药品、药物递送、涂料、医用或农用化学品工业、炸药、纺织、采矿、油井钻探、造纸工业、聚合物工业中。
根据本发明的上述实例制备的ISAMULSIONS可原样使用，或作为添加剂使用。
在本发明的详细描述后，本领域的普通技术人员可以理解这种情况可运用在条件、配方和其它参数的广泛的相当的范围内，而不会影响本发明的范围或任何实施方式。
附图简述
图1表示作为δ＝100＊LPA/(LPA+油)的函数，在ISAMULSION油滴内部发现的结构。
图2表示无周期结构的ISAMULSION油滴(在LPA存在下，具有纳米结构(a)与相应的普通乳液滴(b)(在LPA存在下，不具有纳米结构)对照的cryo-TEM图像。注意到ISAMULSION滴(图2a)内可见的内部结构在普通的油滴(图2b)内不可见。内部结构的存在也可通过冷冻断裂电子显微镜法显示出来。
图3表示内部结构化的乳液的小角X射线散射(SAXS)图。
图4表示存在κ-角叉胶时乳化的微乳液ISAMULSION油滴(L2相)中发现的结构。
图5表示存在κ-角叉胶时在具有反六角相(H2)的ISAMULSION油滴中内部发现的结构(用SAXS法确定)。
图6表示在具有内部H2相的ISAMULSION油滴(使用十四烷/Dimodan U)中发现的结构(用SAXS法确定)，其中使用K-角叉胶形成凝胶。
图7表示在具有内部反胶束立方相的ISAMULSION油滴中发现的结构(用SAXS法确定)，其中使用κ-角叉胶形成凝胶。
图8表示乳化的反六角相，其被植入到MC凝胶网络中，但在温度周期变化时也不被破坏。
图9表示乳化的反胶束立方相，其被植入到MC凝胶网络中，但在温度周期变化时也不被破坏。
图10表示乳化的L2，其被植入到MC凝胶网络中，但在温度周期变化时也不被破坏。
图11表示乳化的H2相，其被植入到混合凝胶中(甲基纤维素和κ-角叉胶)。
图1表示ISAMULSION的分散油滴内部发现的典型结构序列，其作为亲油性添加剂的含量％(％LPA＝α＝100＊LPA/(LPA+油))和温度的函数。L2表示反转的微乳液状结构；LC表示液晶相或不同液晶相的混合物的存在。如图1如示，在油滴内部于给定的温度和特定的亲油性添加剂(α值)添加量下形成特定的纳米尺寸自组装结构(对于上述结构的更详细描述参见Evans，D.F.；
Figure A20068005147600181
H.(Eds.)；‘The Colloidal Domain’，Wiley-VCH，New York，(1999))。LPA的添加量应能够精确控制自组装结构的类型、亲水畴中存在的水量、内部界面的量、在ISAMULSION滴内形成的自组装纳米结构的大小、尺寸。根据油的类型和亲油性添加剂(LPA)的类型，激发自组装滴内部结构的自发形成所需的LPA最小量为基于油相的0.1到5wt-％。
图2的cryo-TEM图象是用Adrian等人的标准方法得到的(Adrian etal.Nature，(1984)308，32-36)。使用类似Egelhaaf等描述的自制环境室(Egelhaaf等，J.Microsc.(2000)200，128-139)。在稀释和玻璃化之前，温度设置在25℃，使用100％湿度。冷冻格被贮藏在液氮中，并被转移到保持在-180℃的冰冻储存器中。用Philips CM12TEM在80kV电压下进行样品分析。应用低剂量程序以使得光束损害最小化。ISAMULSION可通过油滴中存在的少量明亮特征来识别出来。图2a是ISAMULSION的Cryo-TEM的显微图，无周期结构，在约7-8nm的明亮特征之间表现出特定的距离。应该注意这种明亮特征在标准非结构化乳液中观察不到，并且存在无反差的内部非结构化乳液滴(图2b)。
图3的SAXS曲线通过标准设备得到(Bergmann et al.J.Appl.Cryst.(2000)33，869-875)，使用在40kV和50mA下以密封管铜阳极操作的X-射线发生器(Philips，PW 1730/10)。使用
Figure A20068005147600182
镜子将发散的多色X-射线束转变成CuKα辐射(λ＝0.154nm)的聚焦线型光束。2D散射图案用成像板探测器记录，用SAXSQuant软件(Anton Paar，Graz，Austria)积分至一维散射函数I(q)，其中q是散射向量的长度，定义为q＝(4∏/λ)sinθ/2，λ是波长，θ散射角。散射图形的宽峰通过用通用间接傅立叶变换法(Bergmann et al.(2000)拟合这些数据而除污，33，1212-1216)。所述典型的距离用d＝2∏/q得出。图3表示了ISAMULSIONs的小角X-射线散射图像。
实施例
实施例1
利用κ角叉胶来形成具有内部L2相的ISAMULSION油滴的凝胶的一般实施例。
50℃将4％的κ角叉胶搅拌溶解到纯水中。这是室温下的强凝胶。通过在10wt-％的分散相下超声降解20分钟分开制备10g的ISAMULSIONS。分散相由0.4625g R-(+)-柠檬烯和0.4625g的Dimodan U(来自Danisco)和0.075g聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(聚醚)F127乳化剂(来自BASF)组成。将两种样品在液态中于60℃混合，形成均匀溶液。然后将混合物放到冰箱中，快速凝胶化该系统。正如图4中SAXS测量表明的，乳化的微乳液可被植入凝胶网络中而不被破坏。ISAMULSION的内部结构，L2结构，象在水中一样保存。产生的系统是含5％ISAMULSIONS的软凝胶。图4表示在κ-角叉胶存在下ISAMULSION油滴内发现的结构。
实施例2：
利用κ角叉胶来形成含有具有内部H2相的ISAMULSION油滴的凝胶的一般实施例。
50℃将4％的κ角叉胶搅拌溶解到纯水中。通过在10wt-％的分散相下超声降解20分钟分开制备10g的ISAMULSIONS。分散相由0.154g R-(+)-柠檬烯和0.771g的Dimodan U和0.075g聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(聚醚)F127乳化剂组成。将两种样品在液态中于60℃混合，形成均匀溶液。将混合物放到冰箱中，快速凝胶化该系统。正如图5中SAXS测量表明的，乳化的反六角相可被植入到凝胶网络中而不被破坏。ISAMULSION的内部结构象在水中一样保存。产生的系统是含5％ISAMULSIONS的软凝胶。图5表示在ISAMULSION油滴内发现的结构，仅有κ-角叉胶于25℃和在混合ISAMULSIONS凝胶系统中。
实施例3：
利用κ角叉胶来形成含有具有内部H2相的ISAMULSION油滴(由十四烷/Dimodan U组成)的凝胶的一般实施例。
50℃将4％的κ角叉胶搅拌溶解到纯水中。通过在10wt-％的分散相下超声降解20分钟分开制备10g的ISAMULSIONS。分散相由0.139g十四烷，即不同于实施例2的另一种油，0.786g的Dimodan U和0.075g聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(聚醚)F127乳化剂组成。将两种样品在液态中60℃混合，形成均匀溶液。将混合物放到冰箱中，快速凝胶化该系统。正如图5中SAXS测量表明的，乳化的六边形相可被植入到凝胶网络中而不被破坏。ISAMULSION的内部结构象在水中一样保存。产生的系统是含5％ISAMULSIONS的软凝胶。图6表示在ISAMULSION油滴内发现的结构，在25℃仅有κ-角叉胶的信号，以及混合ISAMULSIONS凝胶系统的信号。
实施例4
利用κ角叉胶来形成含有具有内部胶束立方相的ISAMULSION油滴的凝胶的一般实施例。
50℃将4％的κ角叉胶搅拌溶解到纯水中。通过在10wt-％的分散相下超声讲解20分钟分开制备10g的ISAMULSIONS。分散相由0.264g R-(+)-柠檬烯，0.661g的Dimodan U和0.075g聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(聚醚)F127乳化剂组成。将两种样品在液态中于60℃混合，形成均匀溶液。将混合物放到冰箱中，快速凝胶化该系统。正如图7中SAXS测量中表明的，乳化的胶束立方相可植入到凝胶网络中而不被破坏。ISAMULSION的内部结构象在水中一样保存。产生的系统是含5％ISAMULSIONS的软凝胶。图7表示在ISAMULSION油滴内发现的结构，在25℃和60℃没有和存在凝胶的情况。ISAMULSION滴的大小用动态光散射法测量是76.2nm。当增加混合凝胶的温度时，系统会更加液体化。将这种液体稀释4000倍。这种稀释溶液的动态光散射测量结果与没有稠化剂或凝胶剂时ISAMULSIONS测量的滴的大小完全相同，即74.8nm。因此，在系统凝胶化后ISAMULSION滴的大小保持不变。
实施例5：
用甲基纤维素作为凝胶化聚合物的一般实施例
60℃将4％的甲基纤维素使劲搅拌溶解到纯水中，不断搅拌系统使其冷却到室温。通过在10wt-％的分散相下超声降解20分钟分开制备10g的ISAMULSIONS。ISAMULSION样品含0.139g十四烷，0.786g的Dimodan U和0.075g聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(聚醚)F127乳化剂组成，提供了反六边形的内部相。将两种样品在液态20℃混合，形成均匀溶液。将混合物加热到70℃来凝胶化聚合物。正如图8中SAXS测量中表明的，乳化的六边形相可植入到MC凝胶网络中而不被破坏。ISAMULSION的内部结构象在水中一样保存。产生的系统是含5％ISAMULSIONS的软凝胶。图8表示在ISAMULSION油滴内发现的结构，以及混合到凝胶中的ISAMULSIONS油滴的内部结构。
ISAMULSION油滴的大小测量为153nm(用动态光线散射法测量)。当后一样品与MC样品混合时得到的大小是148nm。在凝胶化和去凝胶化后，即增加及随后的降低温度油滴的大小是147nm，即与温度周期变化前一样。所有的样品在进行动态光线散射法操作前稀释4000倍。散射颗粒大小的多分散性在所有的情况都约30％。这些结果证明了当植入到凝胶中时MC/MC凝胶不影响ISAMULSIONS油滴的内部结构。
实施例6：
使用甲基纤维素(MC)作为稠化剂的一般实施例
60℃将4％的甲基纤维素使劲搅拌溶解到纯水中。不断搅拌系统使其冷却到室温。通过在10wt-％的分散相下超声降解20分钟分开制备10g的ISAMULSIONS。ISAMULSION含0.277g十四烷，0.648g的Dimodan U和0.075g聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(聚醚)F127乳化剂。将两种样品在液态20℃混合，形成均匀溶液。将混合物加热到70℃来凝胶化聚合物。正如图9中SAXS测量中表明的，乳化的胶束相可植入到MC凝胶网络中而不被破坏。ISAMULSION的内部结构象在水中一样保存，在两种情况中都发现由乳化的胶束相变化成乳化的微乳液。产生的系统是含5％ISAMULSIONS的软凝胶。这些ISAMULSIONS的大小用动态光线散射法测量为156nm。当样品与MC样品混合时得到的大小是159nm。两种样品在动态光线散射实验前都稀释了4000倍。两种情况下得到的大小多分散性是约30％。这些结果证明MC/MC凝胶不影响ISAMULSIONS油滴的内部结构。
实施例7：
使用甲基纤维素作为凝胶剂的一般实施例
60℃将4％的甲基纤维素使劲搅拌溶解到纯水中。不断搅拌系统使其冷却到室温。通过在10wt-％的分散相下超声降解20分钟分开制备10g的ISAMULSIONS。ISAMULSION含0.416g十四烷，0.509g的Dimodan U和0.075g聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(聚醚)F127乳化剂。将两种样品在液态20℃混合，形成均匀溶液。将混合物加热到70℃来凝胶化聚合物。正如图10中SAXS测量中表明的，乳化的微乳液(L2)可植入到MC凝胶网络中而不被破坏。ISAMULSION的内部结构象在水中一样保存。产生的系统是含5％ISAMULSIONS的软凝胶。
这些ISAMULSIONS的大小用动态光线散射法测量为148nm。当样品与MC样品混合时得到的大小也是148nm。两种样品在动态光线散射实验前都稀释了4000倍。两种情况下得到的大小多分散性是约30％。这些结果证明MC/MC凝胶不影响ISAMULSIONS油滴的内部结构。
实施例8：
使用甲基纤维素(MC)和K-角叉胶(KC)做凝胶化聚合物的一般实施例
60℃将2％的MC和2％的KC搅拌溶解到纯水中。然后不断搅拌系统使其冷却到室温。通过在10wt-％的分散相下超声降解20分钟分开制备10g的ISAMULSIONS。ISAMULSION含0.139g十四烷，0.786g的Dimodan U和0.075g聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(聚醚)F127乳化剂。将两种样品在液态50℃混合，形成均匀溶液。得到的含1％MC和1％KC的混合物是约50℃狭窄温度范围的液体。样品在20℃(KC驱动凝胶)，50℃(液体)和70℃(MC驱动凝胶)测量。正如图11中SAXS测量中表明的，乳化的反六角相可植入到混合凝胶网络中而不被破坏。ISAMULSION油滴的内部结构象在水中一样保存。ISAMULSION滴的大小用动态光线散射法测量是148nm。当这个样品与MC样品混合时得到的大小也是148nm。两种样品在进行动态光线散射实验前稀释4000倍，大小的多分散性约30％。这些结果证明MC-KC混合凝胶不影响ISAMULSION油滴内部结构。

Claims (16)

1、水包油乳液，其中所述油滴的直径为5nm到数百微米，其呈现出具有直径为0.5到200nm亲水畴的纳米尺寸自组装结构，这是由于亲油性添加剂的存在，和其中所述乳液含有基于全部最终制品为0.01～80wt-％的稠化剂。
2、权利要求1的水包油乳液，其中所述稠化剂选自包括水解胶体、多糖、结冷胶、红藻胶、黄原胶、角叉胶、羧甲基纤维素(CMC)、微晶纤维素(MCC)、半乳甘露聚糖，瓜儿胶、刺槐豆胶、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、淀粉、麦芽糊精、糊精、右旋糖、糖、转化糖浆、蔗糖、葡萄糖、甘油、酶处理淀粉、淀粉衍生物、物理变性淀粉、支链淀粉、淀粉酶、琼脂、罗望子胶、魔芋胶、阿拉伯胶、角豆胶、低和高甲氧基果胶、果胶衍生物、丙二醇藻酸酯(PGA)、藻酸酯(盐)、明胶、乳清蛋白颗粒胶、酸诱导酪蛋白胶及其混合物。
3、权利要求1或2中的水包油乳液，其包含分散油滴和含有乳化剂和稠化剂或胶凝剂的水连续相的水包油乳液，所述油滴具有纳米尺寸自组装结构内部，该内部包含
(i)油，选自矿物油、烃、植物油、蜡、醇类、脂肪酸、单，双或三甘油酯、精油、香料油、脂溶性维生素、酯、营养品(neutraceutical)、水合萜品、萜烯及其混合物。
(ii)亲油性添加剂(LPA)或亲油性和亲水性添加剂的混合物，其具有低于约10、优选低于8的HLB值(亲水-亲油平衡值)。
(iii)含有水或非水性极性液体例如多元醇的以液滴、棒或通道形式的亲水畴。
4、权利要求1到3中的任一权利要求，其中所述乳化剂选自选自HLB＞8的低分子量表面活性剂，来自乳汁的蛋白质、例如乳清蛋白、乳清蛋白分离物、乳清蛋白浓缩物、乳清蛋白聚集体、酪蛋白酸盐、酪蛋白胶束、酪蛋白类、溶解酵素清蛋白、或来自大豆的、氨基酸肽、蛋白质水解物、嵌段共聚物、无规共聚物、Gemini表面活性剂、表面活性水解胶体、例如阿拉伯树胶、黄原胶、明胶、聚电解质、角叉胶、羧甲基纤维素、纤维素衍生物、阿拉伯胶、半乳甘露聚糖、壳聚糖、透明质酸、果胶、丙二醇藻酸酯、变性淀粉、马齿苋、黄芪胶、结冷胶、类脱辅基蛋白生物聚合物如蛋白质-多糖结合物或凝聚层、或蛋白质-多糖、蛋白质-蛋白质、或多糖-多糖混合物、结合物、或聚合物和生物聚合物的混合物、聚电解质-表面活性剂复合物、DNA、核酸、颗粒(微或纳米尺寸)、淀粉和淀粉基聚合物、直链淀粉、支链淀粉及其混合物。
5、权利要求1到4中的任一权利要求，其中所述油滴当温度为0℃到100℃下具有选自L2结构或L2和油结构的组合的内部结构。
6、权利要求1到4的任一权利要求，其中所述油滴当温度为0℃到100℃下具有L2内部结构。
7、权利要求1到4的水包油乳液，其中所述油滴当温度为0℃到100℃下具有选自L2结构、LC结构及其组合的内部结构。
8、权利要求1到4的水包油乳液，其中所述油滴当温度为0℃到100℃下具有LC内部结构。
9、权利要求1到4的水包油乳液，其中所述油滴当温度为0℃到100℃下具有选自L3结构、L2和L3结构的组合、Lα和L2结构的组合、层状晶体结构和L2结构的组合的内部结构。
10、权利要求1到9中任一权利要求中的水包油乳液，其中所述乳液也还含有活性成分，其其选自香料、香料前体、芳香物、芳香物前体、增味剂、盐、糖、氨基酸、多糖、酶、肽、蛋白质或碳水化合物、食品增补剂、食品添加剂、激素、细菌、植物提取物、药物、药剂、营养物、用于农业化学或化妆品应用的化学品、类胡萝卜素、维生素、抗氧化剂或营养品选自由叶黄素、叶黄素脂、β-胡萝卜素、生育酚及生育酚乙酸酯、生育三烯酚、番茄红素、辅酶-Q10、亚麻油、硫辛酸、维生素、多酚及其配醣、酯和/或硫酸盐结合物、异黄酮、黄酮醇、黄烷酮及其配醣例如橘皮苷、黄烷3-醇类包含儿茶素单体及其没食子酸酯例如表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)及其原花青素低聚体、维生素C、维生素C棕榈酸酯、维生素A、维生素B12、维生素D、α-和γ多不饱和脂肪酸、植物甾醇类、酯化植物甾醇类、未酯化植物甾醇类、玉蜀黍黄素、咖啡因及其混合物。
11、权利要求1到10中任一权利要求中的水包油乳液，其中所述LPA选自由长链醇、脂肪酸、聚乙二醇化脂肪酸、甘油脂肪酸酯、甘油单酯、甘油二酯、甘油单酯的衍生物、聚乙二醇化植物油、脱水山梨糖醇酯，聚氧乙烯脱水山梨糖醇酯、丙二醇单酯或二酯、磷脂、磷脂质、脑苷脂、神经节苷脂、脑磷脂，脂质、醣脂、硫酸脑苷酯、糖酯、糖醚、蔗糖酯、固醇、聚甘油酯组成的组合。
12、权利要求11中的水包油乳液，其中LPA选自肉豆蔻酸、油酸、月桂酸、硬脂酸、棕榈酸、PEG 1-4硬脂酸酯、PEG 2-4油酸酯、PEG-4二月桂酸酯、PEG-4二油酸酯、PEG-4二硬脂酸酯、PEG-6二油酸酯、PEG-6二硬脂酸酯、PEG-8-二油酸酯、PEG-3-16蓖麻油、PEG 5-10氢化蓖麻油、PEG 6-20玉米油、PEG 6-20杏仁油、PEG-6橄榄油、PEG-6花生油、PEG-6棕榈仁油、PEG-6氢化棕榈仁油、PEG-4葵酸/辛酸甘油三酯、植物油和山梨糖醇的单、二、三、四酯、季戊四醇二、四硬脂酸酯、异硬脂酸酯、油酸酯、辛酸酯或癸酸酯、聚甘油-3二油酸酯、硬脂酸酯、异硬脂酸酯、聚甘油4-10五油酸酯、聚甘油2-4油酸酯、硬脂酸酯、或异硬脂酸酯、聚甘油4-10五油酸酯、聚甘油-3二油酸酯、聚甘油-6二油酸酯、聚甘油-10三油酸酯、聚甘油-3二硬脂酸酯、C6到C20脂肪酸的丙二醇单或二酯、C6到C20脂肪酸的甘油单酯、甘油单酯的乳酸衍生物、甘油二酯的乳酸衍生物、双乙酰酒石酸甘油单酯、三甘油单硬脂酸酯胆固醇、植物甾醇、PEG 5-20大豆固醇、PEG-6脱水山梨糖醇四、六硬脂酸酯、PEG-6脱水山梨糖醇四油酸酯、脱水山梨糖醇单月桂酸酯、脱水山梨糖醇单棕榈酸酯、脱水山梨糖醇单三油酸酯、脱水山梨糖醇单和三硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单异硬脂酸酯、脱水山梨糖醇倍半油酸酯、脱水山梨糖醇倍半硬脂酸酯、PEG-2-5油基醚、POE 2-4月桂醚、PEG-2十六烷基醚、PEG-2硬脂基醚、蔗糖二硬脂酸酯、蔗糖二棕榈酸酯、油酸乙酯、肉豆蔻酸异丙酯、棕榈酸异丙酯、亚油酸乙酯、亚油酸异丙酯、泊洛沙姆、来自其它植物的燕麦脂质和亲油性两性脂质、磷脂、卵磷脂、脑磷脂、及其混合物。
13、权利要求1到12中任一权利要求的水包油乳液，其中所述乳液还含有亲水乳化剂，其选自HLB＞8的低分子量表面活性剂，来自乳汁或大豆的蛋白质、肽、蛋白质水解物、嵌段共聚物、表面活性水解胶体、例如阿拉伯树胶、黄原胶、纳米或微米颗粒、以及其混合物。
14、其中权利要求1到13中任一权利要求的水包油乳液被干燥并为粉末形式的粉末。
15、权利要求1到13中任一权利要求的水包油乳液，其中它是最终制品。
16、权利要求1到13中任一权利要求的水包油乳液，其中它是最终制品的原材料、中间体或添加剂。
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