CN1622765A - 植物甾醇与乳化剂的混合粉末及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物甾醇和乳化剂的混合粉末，以及其制备方法。更确切地，本发明提供了植物甾醇和乳化剂的混合粉末，所述混合粉末可应用于不论何种食物基底的几乎所有食品中，并且提高植物甾醇胶束的分散稳定性，所述植物甾醇胶束抑制胆固醇的吸收。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物甾醇与乳化剂的粉状混合物，以及其制备方法。更确切地，本发明涉及一种植物甾醇与乳化剂的粉状混合物，其尺寸可使其生物可利用率大大改善，只摄取少量即可降低血清胆固醇水平，并且可应用于不论何种食物基底(food bases)的各种食品中，具有出色的分散稳定性。
背景技术
高等动物的脑、神经组织、器官及血浆中均发现有高浓度的胆固醇，作为一种类固醇，胆固醇是维生素D和各种类固醇激素，包括性激素(睾酮、孕酮等)，肾上腺皮质激素，胆汁酸等合成的主要前体。血液中高水平的胆固醇相关于高风险的心血管疾病，例如高脂血、动脉硬化、心律不齐、心肌梗塞等等。作为过量摄取胆固醇的结果，与胆固醇相关的疾病正成为一个逐渐变大的社会问题。
众所已知，内源和来自饮食的胆固醇均进入小肠，约50％被肠部吸收(Bosner，M.S.，Ostlund，R.E.，Jr.，Osofisan，O.，Grosklos，J.，Fritschle，C.，Lange，L.G.1993)。基于这个事实，对于那些努力发现用于预防和治疗胆固醇相关疾病的线索的人来说，阻止胆固醇被肠部吸收的机制有着特殊的用处。
在广谱植物中天然存在的植物甾醇或植物stanol(或phytostanol)是无毒性的，例如豆子、玉米、树木、脂油中等等。植物甾醇可分成谷甾醇、菜子甾醇及豆甾醇，而植物stanol或phytostanol则包含sitostanol和campestanol。为方便起见，在此统称其为植物甾醇。
植物甾醇的结构非常类似于胆固醇，已知其大量摄入可抑制肠内和胆汁胆固醇的吸收，由此减少血清胆固醇水平，如美国专利5,578,334中所公开。通过利用植物甾醇对胆固醇吸收的抑制功能，对植物甾醇作为治疗试剂用于治疗心血管疾病、冠状动脉疾病和高脂血进行了临床试验(Atherosclerosis 28：325-338)。
尽管有这种有用的功能，植物甾醇由于其物理属性，即在水和油中溶解度都很差，从而很难应用于食品中。相应地，已开发了一些只含有限含量的植物甾醇的食品。
为了增加植物甾醇的溶解度，一些研究人员合成了植物甾醇的各种衍生物。例如，通过均化、脱气、巴斯德灭菌和蒸发步骤，以特定比例混合谷甾醇和淀粉水解物、二氧化硅和聚氧乙烯脱水山梨醇一硬脂酸酯，形成口服的医用粉剂，如美国专利3,881,005所公开。美国专利5,932,562公开了一种植物甾醇、卵磷脂和溶血卵磷脂的水性均一胶束混合物，其已被干燥成细分的水溶性粉末。这可通过将植物甾醇、卵磷脂和溶血卵磷脂以固定摩尔比例混合于氯仿中，然后去除氯仿而得到。
其他水溶性植物甾醇在美国专利6,054,144和6,110,502中可找到。根据这些专利，通过将谷维素或植物甾醇，单官能表面活性剂和多官能表面活性剂以固定比例混合于水中，然后将混合物干燥即制备得到水分散性植物甾醇。这种制备方法的特征是通过采用聚氧乙烯脱水山梨醇甘油一棕榈酸酯和脱水山梨醇甘油一棕榈酸酯分别作为单官能和多官能表面活性剂，免去了均化和脱气步骤。
美国专利6,190,720公开了一种可用作降低胆固醇试剂的食品成分。该专利教导，通过将一种或多种熔化植物甾醇与一种或多种脂肪及一种或多种乳化剂混合均匀，并将均匀混合物在搅拌下冷却至60℃成糊状，即可制备得到这种食品成分。这种食品成分可应用于油基食品中，例如色拉调味品、人造黄油等。
PCT WO 00/33669中可找到降低胆固醇的可食产品。根据该专利方法，植物甾醇溶解或混合于食品乳化剂的熔化物中，并掺入含蛋白质的食物例如奶或酸乳，均化，然后添加入食物产品中。这种降低胆固醇的可食产品的分散稳定性只在含蛋白物质存在情况下才可维持。
美国专利6,267,963涉及一种熔点温度比植物甾醇低至少30℃的植物甾醇-乳化剂复合物，其特征是，由于其熔点温度降低，该植物甾醇-乳化剂在食品制造过程中或制造后更不可能形成晶体，并且可以以有效剂量掺入食品中，从而减少消费该食品的人血清胆固醇水平，而对该食品质地不会产生令人不快的影响。
如上所述，植物甾醇和乳化剂的粉状混合物的制备要通过多步过程，包括均化、脱气、巴斯德灭菌和蒸发，或采用诸如氯仿的有机溶剂，有机溶剂在成分溶解后即从中除去。或者，可采用大量乳化剂来制备用于食品中的粉状混合物。然而，通过这种常规方法制备的粉状混合物，在水中的分散稳定性很差，因此只能用于有限范围的食物基底，尤其当要求在水中具有稳定分散性时。
本发明公开内容
因而，本发明的一个目的是提供一种植物甾醇和乳化剂的粉状混合物，在混合物中，植物甾醇和乳化剂以微细尺寸水平均匀分散，从而其生物可利用率得以提高，并可应用于不论何种食物基底的各种食物中，而对所应用食物的特色味道和风味不产生影响，食用时嘴里不会产生毛刺的感觉。
本发明的另一目的是提供一种制备植物甾醇和乳化剂的粉状混合物的方法，所述粉状混合物应用于食物中，由于其中所含的植物甾醇生物利用率高，即使摄入相对少量也能抑制肠部胆固醇和胆汁胆固醇的吸收，并且食用时嘴里不会产生毛刺的感觉。
根据本发明的一方面，提供了一种制备植物甾醇和乳化剂的粉状混合物的方法，包含以下步骤：
将混合物在100-200℃下加热熔化，所述混合物含30-70％重量比的至少一种乳化剂和70-30％重量比的植物甾醇，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯，聚甘油脂肪酸酯，脱水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯；
将熔化混合物在10℃或更低温度下冷却固化；以及
将固化混合物研成粉末。
根据本发明另一方面，提供了一种制备植物甾醇和乳化剂的粉状混合物的方法，包含以下步骤：
将混合物在100-200℃下加热熔化，所述混合物含30-70％重量比的至少一种乳化剂和70-30％重量比的植物甾醇，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯，聚甘油脂肪酸酯，脱水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯；以及
将熔化混合物在10℃或更低温度冷却条件下喷雾得到粉末。
进一步根据本发明的进一步方面，提供了一种通过上述方法制备的粉状混合物。
本发明最优实施方式
根据本发明，作为第一步，植物甾醇以合适比例与至少一种乳化剂混合，然后将混合物加热并熔化。
植物甾醇是结构上类似于胆固醇的天然存在的物质。在自然世界里，已发现各种各样植物甾醇，其中谷甾醇、菜子甾醇、豆甾醇和sitostanol较之其他甾醇更占优势。在本发明中，术语“植物甾醇”指植物中发现的所有甾醇和stanols，包括谷甾醇、菜子甾醇、豆甾醇、sitostnaol、campestanol等等。
本发明中有用的乳化剂实例包括蔗糖脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、脱水山梨醇脂肪酸酯以及聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯。
在植物甾醇与乳化剂混合当中，最重要的事情是使乳化剂均匀散布于植物甾醇中，以抑制植物甾醇的聚集，从而获得高乳液稳定性。为了得到均一的植物甾醇和乳化剂的混合物，通常采用一种有机溶剂溶解植物甾醇和乳化剂，然后将有机溶剂除去。然而，由于混合物中存在部分残留有机溶剂的可能性，这样的混合物不适合用于食品中。
作为采用有机溶剂的替代方法，可以采用加热使植物甾醇与乳化剂均匀混合。此时需要大量的乳化剂。然而，太多的乳化剂含量是不适合用于食品中的。由此，在植物甾醇不会聚集的前提条件下，若能使用尽可能少的乳化剂，则将是很理想的。在本发明中，最优化的混合物得自于30-70％重量比的植物甾醇和70-30％重量比的乳化剂。例如，当植物甾醇用量大于70％重量比时，则应用该混合物的食品可能会含有太多植物甾醇，而乳化剂用量相对较少则植物甾醇不能均匀散布，导致出现低分散稳定性。另一方面，当植物甾醇用量低于30％重量比时，分散稳定性是增强了，然而所得食品则具有乳化剂的味道，并且物理属性很差。
在本发明中，植物甾醇通过加热熔化与乳化剂均匀混合。用于植物甾醇与乳化剂加热熔化的温度优选在100-200℃之间。例如，当植物甾醇与乳化剂在100℃之下加热，则它们不能充分混合。另一方面，温度高于200℃可引起乳化剂变性。
根据本发明，由此得到的熔化混合物可以如下两种方式制粉：第一，熔化混合物在10℃或更低温度下淬火，然后研磨成粉末；第二，熔化混合物在℃或更低温度下喷雾成粉末，例如使用喷嘴。
上述两种方法考虑了熔化混合物的冷却条件对水中分散稳定性具有极大影响这一事实。即，当分散于水中时，通过植物甾醇与乳化剂的熔化混合物快速冷却制得的粉末，较之通过熔化混合物缓慢冷却制得的粉末具有更出色的分散稳定性。
为了检测根据不同冷却方法会产生不同分散稳定性的原因，采用示差扫描量热法(DSC)对快速和缓慢冷却得到的粉末进行了分析。DSC分析结果表明，在通过缓慢冷却制备的粉状混合物DSC曲线中观察到了较多峰，而在通过快速冷却制备的粉状混合物DSC曲线中只检测到一个峰。
如果植物甾醇与乳化剂熔化混合物缓慢冷却，在植物甾醇和乳化剂的各个熔化点均观测到DSC峰。由此发明人认为，其原因是熔化状态下植物甾醇与乳化剂是均匀混合的，当冷却缓慢进行时，构成混合物的每一成分按熔点递减次序出现沉积和聚集。因而，在DSC分析中，在每一熔点均有峰出现。即，在DSC分析显示有较多峰的植物甾醇与乳化剂的粉状混合物中，植物甾醇并未与乳化剂均匀混合，而是聚集成较大颗粒。由此，这样的粉状混合物在水中分散稳定性是很差的。
相反，当植物甾醇与乳化剂的熔化混合物快速冷却时，只在不同于每一熔点的某个点上观测到一个DSC峰，表明植物甾醇与乳化剂是作为微细颗粒相互混合成同质物。由此，通过快速冷却制备的植物甾醇与乳化剂的粉状混合物在水中可稳定分散。
在本发明中，冷却条件，例如冷却室优选地维持在10℃或更低温度下，更优选为-10℃或更低。温度高于10℃则不能进行充分冷却以达到均一性。
无论通过快速冷却进行固化然后对固体混合物进行研磨得到的粉状混合物，还是在冷却条件下对熔化混合物喷雾得到的粉状混合物，其优选的最大粒度高达5mm，更优选高达1mm，平均粒度范围为200-500μm。当最大粒度高于5mm，则乳化作用需较长时间，并且在某些情况下，分散的植物甾醇的粒度合计达数微米或更大，对食品质地产生令人不快的影响。
如上所述，DSC分析可得出植物甾醇与乳化剂的粉状混合物均一性的信息，由此可确定其分散稳定性和在食物中的适用性。已发现蔗糖脂肪酸酯，聚甘油脂肪酸酯，脱水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯可带来较好的DSC分析结果。特别地，出色的粉状混合物在至少100℃的某一点上显示一个DSC峰。谷甾醇在约140℃，菜子甾醇约157℃，豆甾醇约170℃下熔化。当植物甾醇与乳化剂的粉状混合物的熔点近似于植物甾醇的熔点，则植物甾醇可与乳化剂均匀混合，该粉状混合物在水中即具有出色分散稳定性。这样的粉状混合物在热水中即使轻微搅拌也可充分乳化。通常，油/水或水/油类型乳液可在均一混合器辅助下通过高速搅拌制备得到。然而本发明的混合物，由于植物甾醇微细颗粒可散布于乳化剂微细颗粒中直至均一性的事实，因而可通过轻微搅拌进行乳化。
粉状混合物中使用的乳化剂的亲水亲脂平衡(HLB)值依赖于待应用的食物基底(food base)的物理属性而有所不同，其中对于亲水性食物基底(food base)，例如饮料、番茄酱、酸乳等，乳化剂优选HLB值为8或更高，更优选为10或更高，对亲脂性食物基底(food base)，例如蛋黄酱、人造黄油、冰淇淋等，乳化剂优选HLB值为低于8，更优选为低于5。
根据本发明制备的植物甾醇与乳化剂的粉状混合物可方便地应用于不论何种食物基底(food base)的各种食品中，并对所应用食品的特色味道和风味都无影响。同样，粉状混合物可以如此微细的颗粒形式分散于水中，以致由于其中所含的植物甾醇生物可利用率高，粉状混合物的用量可以相对较少，且不会使嘴里产生毛刺的感觉。
对本发明进行一般描述后，可根据如下提供的仅用于阐述的特定实施例得到进一步理解，除非另外说明，实施例不应理解为对发明的限制。
对比实施例1-7
在100mL容器中，将植物甾醇(谷甾醇75％，菜子甾醇10％，豆甾醇和sitostanol 15％)与蔗糖硬脂酰酯(HLB11)和聚甘油硬脂酰酯(HLB12)以如下表1所示的重量比进行混合，然后在140℃及搅拌条件下将混合物熔化。待完全熔化后，将混合物维持室温10小时以缓慢冷却。混合物于冷藏库(-10℃)中贮存一段较短时间即制得粉末。植物甾醇与乳化剂的粉状混合物用DSC分析均一性，结果如下表1所示。
表1
| 对比实施例号 | 植物甾醇 | 1SSE(HLB11) | 2PSE(HLB12) | DSC峰(℃) |
| 1 | 5克 | 4.25克 | 1克 | 56，116，125 |
| 2 | 5克 | - | 5克 | 50，112.7，130 |
| 3 | 5克 | - | 3.85克 | 50.1，125.2，135 |
| 4 | 5克 | - | 2.5克 | 49，90.6，130.97 |
| 5 | 5克 | 4.25克 | - | 42.96，118.83，131.98 |
| 6 | 5克 | 2.0克 | - | 43.25，119.14，132.50 |
| 7 | 5克 | 1.0克 | 1.0克 | 53.25，112.7，124.5 |
注：1蔗糖硬脂酰酯
2聚甘油硬脂酰酯
实施例1-5
在100mL容器中，将植物甾醇(谷甾醇75％，菜子甾醇10％，豆甾醇和sitostanol 15％)与蔗糖硬脂酰酯(HLB 11，熔点49-55℃)和聚甘油硬脂酰酯(HLB 12，熔点45-55℃)以如下表2所示的重量比进行混合，然后在140℃及搅拌条件下将混合物熔化。待完全熔化后，将混合物贮存于冷藏库(-10℃)中进行快速冷却。将由此得到的固体研磨成最大粒度为5mm或更低的粉末。植物甾醇与乳化剂的粉状混合物用DSC分析均一性，结果如下表2所示。
表2
| 实施例号 | 植物甾醇 | 1SSE(HLB 11) | 2PSE(HLB 12) | DSC(℃) |
| 1 | 5克 | 4.25克 | 1克 | 112.5 |
| 2 | 5克 | - | 5克 | 120.25 |
| 3 | 5克 | - | 3.85克 | 126 |
| 4 | 5克 | - | 2.5克 | 130.58 |
| 5 | 5克 | 4.25克 | - | 115.62 |
注：1蔗糖硬脂酰酯
2聚甘油硬脂酰酯
如表1和表2所示，缓慢冷却时，粉状混合物在不同温度下显示出DSC峰，而在每一快速冷却的粉状混合物的DSC曲线中，均只观测到一个峰，由此表明快速冷却的混合物中植物甾醇与乳化剂是均匀混合的。
实施例6
在100mL容器中，将5克植物甾醇(谷甾醇75％，菜子甾醇10％，豆甾醇和sitostanol 15％)与4克蔗糖硬脂酰酯(HLB 11)和1克聚甘油硬脂酰酯(HLB 12)进行混合，然后在140℃及搅拌条件下将混合物熔化。待完全熔化后，于-10℃冷却条件下，将混合物通过喷雾干燥常用的喷嘴进行喷雾，由此得到平均尺寸为300μm的微细颗粒。混合物的DSC结果近似于实施例1中所得结果。
对比实施例8-14
将对比实施例1-7中得到的粉状混合物加入维持在90℃的水中，粉状混合物与水的重量比为1∶100，在800rpm下搅拌10分钟。粉状混合物在水中的可分散性如下表3所示。
表3
| 对比实施例号 | 粉状混合物 | 水中可分散性(5天后) |
| 8 | 对比实施例1 | 相当不稳定(沉降) |
| 9 | 对比实施例2 | 相当不稳定(沉降) |
| 10 | 对比实施例3 | 不稳定(沉降) |
| 11 | 对比实施例4 | 非常不稳定(沉降) |
| 12 | 对比实施例5 | 相当不稳定(沉降) |
| 13 | 对比实施例6 | 相当不稳定(沉降) |
| 14 | 对比实施例7 | 相当不稳定(沉降) |
实施例7-12
将实施例1-6中得到的粉状混合物加入维持在90℃的水中，粉状混合物与水的重量比为1∶100，在800rpm下搅拌10分钟。粉状混合物在水中的可分散性如下表4所示。
表4
| 实施例号 | 粉状混合物 | 水中可分散性(5天后) |
| 7 | 实施例1 | 非常稳定 |
| 8 | 实施例2 | 非常稳定 |
| 9 | 实施例3 | 相当稳定 |
| 10 | 实施例4 | 稳定 |
| 11 | 实施例5 | 非常稳定 |
| 12 | 实施例6 | 非常稳定 |
水中可分散性的检测
将水中含1％植物甾醇的分散体灌满100mL量筒，25℃下静置3天。对沉降体积采用如下标准。
| 沉降体积 | 判断 |
| 1ml或更少 | 非常稳定 |
| 3ml或更少 | 相当稳定 |
| 5ml或更少 | 稳定 |
| 10ml或更少 | 不稳定 |
| 20ml或更少 | 相当不稳定 |
| 大于20ml | 非常不稳定 |
实施例13
检测实施例5中制备的粉状混合物的粒度，结果如下表5所示。从表5数据可明显看出，粉状混合物的尺寸非常微细。
表5
| 粒度(μm) | 累积％ |
| 0.096 | 4.32 |
| 0.127 | 12.52 |
| 0.153 | 22.38 |
| 0.184 | 35.57 |
| 0.222 | 50.79 |
| 0.294 | 72.43 |
| 0.985 | 98.90 |
工业实用性
总之，上述实施例和对比实施例得出的数据表明，根据本发明的植物甾醇和乳化剂的粉状混合物可方便应用于不论何种食物基底的各种食品中，并且在水中具有出色的分散稳定性。同样，粉状混合物的尺寸使其生物可利用率大大改善，并且食用时不会使嘴里产生毛刺的感觉，对食品的特色味道和风味也不会产生影响。
Claims (10)
1.一种制备植物甾醇和乳化剂的粉状混合物的方法，包含以下步骤：
将含30-70％重量比的至少一种乳化剂和70-30％重量比的植物甾醇的混合物在100-200℃下加热熔化，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯，聚甘油脂肪酸酯，脱水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯；
在10℃或更低温度下将熔化的混合物快速冷却固化；以及
将固化的混合物研磨成粉末。
2.一种制备植物甾醇和乳化剂的粉状混合物的方法，包含以下步骤：
将含30-70％重量比的至少一种乳化剂和70-30％重量比的植物甾醇的混合物在100-200℃下加热熔化，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯，聚甘油脂肪酸酯，脱水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯；以及
在10℃或更低温度冷却条件下对熔化的混合物进行喷雾得到粉末。
3.权利要求1或2中所述的方法，其中的粉状混合物最大粒度为5mm或更低。
4.权利要求1或2中所述的方法，其中的粉状混合物通过示差扫描量热法检测的熔点至少为100℃。
5.权利要求4中所述的方法，其中的粉状混合物在示差扫描量热图上显示一个熔化峰。
6.一种植物甾醇和乳化剂的粉状混合物，通过如下步骤制备：将含30-70％重量比的至少一种乳化剂和70-30％重量比的植物甾醇的混合物在100-200℃下加热熔化，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯，聚甘油脂肪酸酯，脱水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯；在10℃或更低温度下将熔化的混合物快速冷却固化；以及将固化的混合物研磨成粉末。
7.一种植物甾醇和乳化剂的粉状混合物，通过如下步骤制备：将含30-70％重量比的至少一种乳化剂和70-30％重量比的植物甾醇的混合物在100-200℃下加热熔化，所述乳化剂选自蔗糖脂肪酸酯，聚甘油脂肪酸酯，脱水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯；以及在10℃或更低温度冷却条件下对熔化的混合物进行喷雾得到粉末。
8.权利要求6或7中所述的粉状混合物，其中的粉状混合物最大粒度为5mm或更低。
9.权利要求6或7中所述的粉状混合物，其中的粉状混合物通过示差扫描量热法检测的熔点至少为100℃。
10.权利要求9中所述的粉状混合物，其中的粉状混合物在示差扫描量热图上显示一个熔化峰。
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