CN1997282A - 脂质系统的生物聚合物包封和稳定性及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

提供了乳剂系统和用于控制脂肪或油组分消化的方法，所述系统包括基本上疏水的食品级组分、至少一种乳化剂组分以及一种或多种聚合物组分，其中，乳化剂组分和聚合物组分中至少一种包含基本上不可消化的食品级材料，例如不可消化的膳食纤维。可选择乳化剂组分和/或聚合物组分，以使整个界面膜对人和/或动物不可消化。

Description

脂质系统的生物聚合物包封和稳定性及其应用方法
本申请要求2004年3月11日提交的申请序列号60/552,165的优先权，其全部内容被纳入本文作为参考。
本项工作受到来自NRI竞争基金项目(NRI Competitive Grants Program)2002-35503-12296和CREES、美国农业部IFAFS项目的支持，因此美国政府对本发明享有一定权利。
发明领域
本发明涉及在具有对消化期间的降解不渗透的界面膜的环境稳定的乳剂系统中包封的脂质组分，以及提供由上述脂质组分制备的脂肪和/或卡路里降低的食品的方法。
发明背景
众所周知，过度消费脂肪和油可导致多种人类健康问题，包括肥胖、心血管疾病、高血压和癌症。例如，过去十年，美国肥胖患病率增加超过30％。这些疾病导致患病个体生命质量严重恶化，并且就整体而言，对社会是巨大的经济负担。因此，强烈需要教育人们关于与过度消费脂肪和油有关的健康风险，目标是降低从脂肪获取卡路里的比例。针对上述主要健康问题，食品工业开发和推广了许多脂肪食品的脂肪降低的、低脂或无脂形式。现在低脂产品的制造已称为食品工业的主要部分。
但是，由于这些产品常常具有不受欢迎的品质属性，许多消费者不愿意将这些脂肪降低的产品包括进他们的饮食中。过去已开发了许多不同的技术：包括脂肪代用品(例如，OlestraTM)、低卡路里脂肪(例如，SalatrimTM、CapreninTM)、脂肪模拟物(例如，麦芽糖糊精、生物聚合物、SimplesseTM)和脂肪膨胀剂。这些技术各自具有优点和缺点，有效的脂肪取代方案通常涉及许多具有不同功能性质的脂肪替代品组合(使用)，以得到具有所需品质属性的最终产品。
因此，急需开发具有更受消费者欢迎的品质属性的脂肪降低的产品。不仅需要将食用油掺入脂肪和/或卡路里降低的产品中以保留食品的口味、质地、外观和储存期，而且提供油的方式必须使其能够承受固有地促进水包油乳剂不稳定的环境条件，例如升高的温度、冻融循环、高矿物质含量和机械搅拌。
而且，过度消费脂质对饲养的动物如猫和狗来说也是一个主要问题，因此也需要寻求可用于宠物食品的技术。
附图简要说明
图1：本发明水包油乳剂制备过程的示意图，包括由一层或多层(例如，三层：乳化剂-生物聚合物1-生物聚合物2)稳定的疏水液滴，一个或多个这样的层或包含膳食纤维化合物或组合物的聚合物组分。
图2：三级乳(0.5重量％玉米油，0.1重量％卵磷脂，0.0078重量％壳聚糖，100mM醋酸，pH 3.0)的颗粒电荷(ζ-电位)与果胶浓度的关系。
图3：三级乳(0.5重量％玉米油，0.1重量％卵磷脂，0.0078重量％壳聚糖，100mM醋酸，pH 3.0)的平均粒径(d32)与果胶浓度的关系。
图4：三级乳(0.5重量％玉米油，0.1重量％卵磷脂，0.0078重量％壳聚糖，0.002重量％果胶，100mM醋酸，pH 3.0)的颗粒电荷(ζ-电位)与pH的关系；(a)0mM NaCl；(b)100mM NaCl.
图5：三级乳(0.5重量％玉米油，0.1重量％卵磷脂，0.0078重量％壳聚糖，0.002重量％果胶，100 mM醋酸，pH 3.0)的平均粒径(d32)与pH的关系；(a)0mMNaCl；(b)100mM NaCl。
图6：三级乳(0.5重量％玉米油，0.1重量％卵磷脂，0.0078重量％壳聚糖，0.002重量％果胶，100mM醋酸，pH 3.0)的乳剂分层稳定性与pH的关系；(a)0mM NaCl；(b)100mM NaCl。储存7天后在30％乳剂高度测定浊度(600nm)，来确定分层稳定性：分层不稳定表现为低浊度。原始乳剂浊度约为0.4-0.45cm-1。
发明概述
根据上述说明，本发明的目的是提供包封在至少一种不可渗透和/或不可消化的膜中的多种脂质组分及其制备方法，以及在卡路里和/或脂肪降低的产品中的应用，从而克服现有技术的各种缺点和不足，包括上文所述的缺点和不足。
本发明的目的是提供具有脂质模板物理化学性质和感官性质的包封的脂质组分，从而允许将这种包封的脂质掺入卡路里和/或脂肪降低的食品中，同时保持全脂或全卡路里食品的质地、口味、稳定性和外观。
本发明的相关目的是将油、脂肪和/或脂质包封在单层或多层界面膜中，所述界面膜任选地包含至少一种不可消化的聚合物/纤维组分，以控制脂质组分消化和/或吸收进入人或动物的消化系统。
本发明的另一个目的是提供多种包括上述包封的脂质组分的稳定化乳剂系统，其中，所述乳剂系统在升高的温度、冻融循环、高矿物质含量、机械搅拌和/或卡路里/脂肪降低的食品所需的环境条件下，是环境稳定的。
本发明的另一个目的是提供乳剂系统的具体设计方法，包括根据食品加工和最终使用者的需要，制备不可消化的脂质组分和选择至少一种乳化剂组分，并且将所述乳剂系统掺入多种食品和/或饮料中。
本发明的又一个目的是提供食物、饮料或药物产品的脂质强化方法，以提高产品的口味、质地、外观和/或储存期，产品中没有加入可消化的脂肪、卡路里或胆固醇，该方法中也提高了产品中可溶性纤维含量。
因此，本发明的目的是提供多种包封的脂质组分，由其制备的稳定化乳剂系统和脂肪/卡路里降低的食物和/或饮料产品，从而克服现有技术的各种缺点和不足，包括上文所述的缺点和不足。本领域技术人员应理解，本发明的一个或多个方面满足某些目的，而一个或多个其它方面又满足某些其它目的。在所有例子中，各个目的可不相等地适用于本发明的各方面。因此，对于本发明的任一方面，这些和其它目的可看作可选的方案。
在本说明书和优选实施方式的描述中，本发明的其它目的、特征、优点和优势将显而易见，且具有食品科学与工程领域知识和经验的本领域技术人员容易明白。结合所附实施例、数据及由其取得的所有合理推断，由上述说明，这些目的、特征、优点和优势将显而易见。
在本发明组合物和/或方法中，应理解术语“不可消化的”指在大致相当于本文所述条件下，基本上耐受消化降解、吸收和/或摄取进入消化道的组分。
此外，应理解术语“膳食纤维”和“不可消化的纤维”指在大致相当于本文所述条件下，阻止(preclude)或耐受消化降解的乳化剂组分和聚合物组分。
因此，本发明部分地涉及一种组合物，所述组合物包含基本上疏水的组分、至少一种乳化剂组分、和一种或多种聚合物组分的组合物，其中，所述至少一种乳化剂组分和聚合物组分包括基本上不可消化的食品级材料。具体地说，选择乳化剂组分和/或聚合物组分，以使整个界面膜对人和/或动物来说是不可消化的。在某些实施方式中，乳化剂和/或一种或多种聚合物组分可包括不可消化的膳食纤维，任选地不可渗透疏水组分。根据本发明的较广泛方面，这种组合物可包含任何食品级材料的多个界面层，每个层具有与至少一部分相邻材料相反的净电荷。
疏水组分至少部分不溶于水性介质中和/或能够在水性介质中形成乳剂。优选地，疏水组分包括脂肪或油组分，包括但不限于，本领域技术人员已知的任何食用油(例如，玉米油、大豆油、芸苔油、菜籽油、橄榄油、花生油、海藻油、坚果油和/或蔬菜油(vegetable oil)、鱼油或其组合)。疏水组分可以是选择性氢化或部分氢化的脂肪和/或油，并且可包括任何乳品或动物脂肪或油，包括例如乳脂。此外，疏水组分还包括其它组分，例如芳香剂、防腐剂和/或营养组分，如脂溶性维生素，可至少部分混溶。
容易明白，根据本发明的较广泛方面，疏水组分还包括任何天然和/或合成脂质组分，包括但不限于：脂肪酸(饱和或不饱和)、甘油、甘油酯及其各自的衍生物、磷脂及其各自的衍生物、糖脂、植物甾醇和/或甾醇酯(例如胆固醇酯、植物甾醇酯及其衍生物)、类葫萝卜素、萜、抗氧化剂、着色剂和/或芳香油(例如，薄荷油、柑桔油、椰子油或香草油)，如给定食物或饮料成品中所需。因此，本发明考虑许多油/脂肪和/或脂质组分，它们具有各种分子量并且包括各种烃(芳族、饱和或不饱和)、醇、醛、酮、酸和/或胺部分或官能团。
乳化剂组分包括本领域技术人员已知的能够在水相中至少部分乳化疏水组分的任何食品级表面活性组分、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂。乳化剂组分包括小分子表面活性剂、磷脂、蛋白质和多糖。乳化剂还包括但不限于：卵磷脂、壳聚糖、果胶、树胶(例如，刺槐豆胶、阿拉伯胶、瓜耳胶等)、海藻酸、海藻酸盐及其衍生物、纤维素及其衍生物。蛋白质乳化剂包括乳蛋白、蔬菜蛋白、肉类蛋白、鱼类蛋白、植物蛋白、卵清蛋白、糖蛋白、粘蛋白、磷蛋白、血清白蛋白、胶原中的任一种及其组合。可根据氨基酸残基(例如，赖氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等)选择蛋白质乳化组分，以优化疏水组分周围界面膜总的净电荷，进而优化最终乳剂系统内疏水组分的稳定性。
事实上，乳化剂组分可包括多种乳化剂，例如包括醋酸甘油一酯(ACTEM)、乳酸甘油一酯(LACTEM)、柠檬酸甘油一酯(CITREM)、二乙酰酸甘油一酯(DATEM)、琥珀酸甘油一酯、聚蓖麻油酸多甘油酯、脂肪酸脱水山梨糖醇酯、脂肪酸丙二醇酯、脂肪酸蔗糖酯、甘油一酯和甘油二酯、水果酸酯、硬酯酰乳酰乳酸酯、聚山梨酸酯、淀粉、十二烷基硫酸钠(SDS)和/或它们的组合。
优选地，可根据乳化剂形成界面膜的能力选择乳化剂，所述界面膜在人或动物消化系统中至少部分地不可消化，并在特定食品所需的环境和/或加工条件下提供乳剂稳定性。此外，可选择乳化剂组分，以在匀浆过程中尽可能降低液滴大小。任选地，乳化剂的选择受到成本、使用容易性、加工需要、与其它组分的相容性、环境敏感性和供应商的可靠性等影响。
如上所述，聚合物组分可包括能吸收、相互作用和/或结合疏水组分液滴和/或相邻的下面的层的任何食品级聚合物材料。因此，食品级聚合物组分可以是生物聚合物材料，选自但不限于：蛋白质、离子或可电离的多糖如壳聚糖和/或硫酸壳聚糖、纤维素、果胶、海藻酸盐、核酸、糖原、直链淀粉、甲壳质、多聚核苷酸、阿拉伯胶、阿拉伯树胶、鹿角菜胶、黄原胶、琼脂、胶凝糖胶(gellan gum)、黄蓍胶、卡拉雅胶、刺槐豆胶、木质素和/或它们的组合。食品级聚合物组分可任选地选自：修饰的聚合物，例如变性淀粉、羧甲基纤维素、羧甲基葡聚糖或木质素磺酸酯。
在某些实施方式中，用于包封疏水组分的乳化剂组分和食品级聚合物组分中的至少一种包含具有表面活性的不可食用/不可消化的食品级组分或成分，其中，不可消化的组分能够形成围绕疏水组分的界面膜，基本上不受体内溶液条件和消化酶的影响，从而防止吸收、摄取和/或释放进入消化道。优选地，不可消化的食品级组分是不可消化的纤维组分。这些组分包括但不限于本领域技术人员已知的任何可溶、部分可溶、不溶、粘性和/或可发酵的膳食纤维。膳食纤维组分包括但不限于：多糖如壳聚糖、纤维素及其衍生物、甲基纤维素、菊粉及其衍生物、木质素、氨基多糖、树胶和/或它们的组合。乳化剂组分和/或食品级聚合物组分可还包含本领域技术人员已知的任何表面活性、不可消化的食品级膳食纤维。
任选地，可通过包含蛋白质-多糖共价复合物的单层/膜来稳定疏水组分。例如，乳化剂和聚合物组分中至少一种可包含蛋白质和多糖的Maillard反应产物。例如，参见Benichow等，用于稳定食品乳剂的蛋白质-多糖相互作用(Protein-polysaccharide Interactions for Stabilization of Food Emulsions).J.Disp.Sci.Tech.2002，23，93；和Moon等，牛血清白蛋白-半乳甘露聚糖偶联物的乳化性质(Emulsifying Properties of Bovine Serum Albumin-Galactomannan Conjugates).J.Agric.Food Chem.2003，51，1049，当蛋白质是表面活性组分且多糖是不可消化膳食纤维时，本发明组合物可包含这种偶联物作为提供本文所述益处和优点的单一界面膜组分。因此，根据本发明的较广泛方面，组合物可包含膳食纤维和/或不可消化的食品级组分的任何共价变化形式的单层，所述膳食纤维和/或不可消化的食品级组分能够吸收至疏水组分-水相界面和/或将疏水组分至少部分地分散在水相介质中，包括但不限于脂质-多糖复合物。
本发明涵盖可形成包括油/脂肪和/或脂质的界面系统的界面层的任何组合和数量，所述界面系统对于人和某些动物的消化系统是不可消化的，并且在特定食品的环境或最终使用条件下稳定。因此，可根据掺入疏水成分的乳剂系统/食品的pH、离子强度、盐浓度、温度和加工需要，通过多种乳化剂/聚合物组分包封和/或固定化疏水组分。对本发明中使用的乳化剂/聚合物组分没有限制，只要该组分能形成基本上稳定的乳剂系统和/或能够与另一种组分通过静电或通过其它相互作用如疏水相互作用、氢键和/或偶极-偶极相互作用形成基本上稳定的复合物，在某些实施方式中，提供不可消化的界面膜。例如，根据给定的成品(end-use)应用，通过掺入所需数量的相反的乳化剂/聚合物组分界面层，得到较大(较小)的多层组合物。
这样，不考虑消化性或渗透性，根据具体食品和/或成品应用，本发明组合物可包含单一或多-界面组分。例如，特定食品或应用涵盖了热量和风味考虑。本发明解决了可消化脂肪/油组分和疏水性芳香组分的问题，用包含不可消化膳食纤维的一种或多种基本上不可渗透的界面组分包封可消化性脂肪/油组分，通过一种或多种上述界面组分来稳定所述芳香组分，但所述芳香组分的渗透程度足以赋予食品或应用所需的风味。采用具有各种渗透程度的相同或相当的乳化剂和/或聚合物组分，或者，通过将不同的乳剂系统掺入相同产品或应用中，可解决这些问题，
因此，部分地说，本发明还涉及乳剂系统，该乳剂系统包含至少部分分散在水性介质中的至少一种单层或多层组合物。非限制性地，除上述实施方式以外，多层组合物还可包含疏水组分和一种或多种食品级聚合物组分和/或食品级材料，所述疏水组分通过带有净电荷的乳化剂组分乳化，所述一种或多种食品级聚合物组分和/或食品级材料具有与至少一部分乳化剂组分相反或与至少一部分相邻聚合物组分相反的总净电荷。不管水性介质如何，乳剂系统可包括本文所述的任何疏水组分(例如，脂肪、油和/或脂质)、乳化剂和/或聚合物组分。因此，本发明可与本文所述许多其它类型的乳剂型食品联合使用，这些食品包括但不限于：色拉调料、酸乳酪、果酱、汤、调味液、奶油、乳品或大豆饮料、肉类汁、宠物食品等。
因此，部分地说，本发明包括制备基本上不可消化的多层组合物的方法，该方法包括提供疏水组分和用乳化剂组分乳化该疏水组分，其中，至少一部分乳化剂组分带有净电荷。该方法还可包括掺入多层食品级聚合物组分，所述多层食品级聚合物组分的至少一部分包括与乳化剂组分和/或先前应用的食品级聚合物组分相反的净电荷。因此，在某些实施方式中，通过将相反电荷的乳化剂和/或食品级聚合物组分交替接触组合物表面或吸收到该表面上，每一层与下面后续吸收或接触的层通过静电相互作用，来制备多层组合物。该方法可任选地包括机械搅动和/或超声处理多层组合物，以分散形成的聚集体或絮凝体。
疏水组分包括本文所述的哪些，可带电或不带电。后续层中使用的乳化剂组分和/或食品级聚合物组分可以是本文所述材料中的任一种或多种，其中，每层可包含一种或多种乳化剂和/或食品级聚合物组分或各组分的混合物，以提供所需的净电荷作用和/或能够与疏水组分、后续接触层或两者相互作用。
非限制性地，可通过以下三种方法中的一种制备由含膳食纤维的多组分界面膜稳定的乳剂：(1)在匀浆化油和水相之前，将乳化剂和/或聚合物组分加入到系统中；(2)在匀浆化油和水相之后，将乳化剂和/或聚合物组分加入到系统中；和(3)在匀浆化油和水相期间，将乳化剂和/或聚合物组分加入到系统中。
在第二种情况下，可采用多步法制备乳剂(见图1)。例如，可采用下述方法形成三层(例如，乳化剂-生物聚合物1-生物聚合物2)包衣的乳剂。首先，通过将油、水相和离子乳化剂一起匀浆，制备包含由一层乳化剂稳定的带电液滴的初级乳。需要时，可对初级乳施加机械搅拌或超声处理以分散任何形成的絮凝体，可洗涤乳剂以除去任何未吸收的生物聚合物(例如，通过离心或过滤)。其次，通过将生物聚合物1加入到初级乳中，形成包含由乳化剂-生物聚合物1膜稳定的带电液滴的次级乳。相比较于与初级乳中至少一部分液滴的净电荷，生物聚合物1可具有相反的电荷。需要时，可对次级乳施加机械搅拌或超声处理以分散任何形成的絮凝体，可洗涤乳剂以除去任何未吸收的生物聚合物(例如，通过离心或过滤)。第三，通过将生物聚合物2加入到次级乳中，形成包含由乳化剂-生物聚合物1-生物聚合物2界面膜稳定的液滴的三级乳。相比较于次级乳中至少一部分液滴的净电荷，生物聚合物2可具有相反的电荷。需要时，可对三级乳施加机械搅拌或超声处理以分散任何形成的絮凝体，可洗涤乳剂以除去任何未吸收的生物聚合物(例如，通过离心或过滤)。可继续该过程以在界面膜中加入更多的层。其中至少一层包含基本上不可消化的膳食纤维和/或围绕液滴的整个多层膜基本上不可消化。
例如，参考下面的实施例，利用食品级成分(卵磷脂、壳聚糖、果胶)和标准制备方法(匀浆化，混合)，制备含三层包衣脂质液滴的乳剂。首先，将油、水和卵磷脂匀浆，制备含小的阴离子囊室(capsules)的初级乳。然后，通过将壳聚糖溶液与初级乳混合，制备含卵磷脂-壳聚糖膜包衣的阳离子囊室的次级乳，并施加机械搅拌以分散任何形成的絮凝体。然后，通过将果胶溶液与次级乳混合，制备含卵磷脂-壳聚糖-果胶膜包衣的阴离子囊室的三级乳，也施加机械搅拌以分散任何形成的絮凝体。三级乳中的囊室在宽的pH值范围内(0mM NaCl下pH 4-8，100mM NaCl下pH 3-8)对于聚集和分层(creaming)具有良好的稳定性。
并且，参考实施例6A和6B，即使将胆汁(pH 5.3)加入到系统中之后，消化期间含SDS-壳聚糖-果胶膜稳定的油滴的乳剂组合物保持完整。当将pH调节到pH 7.5时，光学显微镜观察到广泛聚集，发现油滴固定在膳食纤维骨架中。因此，含至少一种基本上不可消化的食品级组分(例如不可消化的多糖组分)的界面膜不仅能够用于保护疏水组分尤其是脂质组分以免消化，而且能够用于提高乳剂对环境应力如冷冻和加热的稳定性。
部分地说，本发明还涉及利用包封或乳化的脂质组合物来控制脂肪和卡路里的消化和/或摄取的方法，该方法包括：(1)提供含包封在至少一种不可消化的食品级组分中的至少一种脂肪/油组分的乳剂系统，和(2)将该乳剂系统掺入食品和饮料产品中的一种。
如本文所述，通过将一种或多种不可消化、表面活性的膳食纤维组分与脂肪/油组分接触，或可选地，将一种或多种乳化剂和/或聚合物组分接触，所述乳化剂和/或聚合物组分中至少一种也包含不可消化的纤维组分和/或不可消化食品级材料，来制备乳剂系统。在适当的环境条件下稳定乳剂，因此，根据食品和/或饮料产品的加工和最终应用所需的温度、pH、盐浓度和离子强度，来选择脂质、纤维、乳化剂和/或聚合物组分。而且，对每种包封脂质组分的界面膜来说存在许多组分选择，使得可选择不会改变包封脂质物理化学性质和感官性质的材料，并使这种包封脂质容易替代入食品或饮料产品中而不影响产品的口味、外观、质地和稳定性。
因为包封脂质组分的界面膜中至少一种是不可消化的食品级材料，所以，脂质组分一旦掺入食品或饮料产品中，将不能消化(或被消化酶降解并被消化系统后续吸收)。因此，含这种包封脂质代替常规可消化脂质组分的食品或饮料产品具有显著降低的可消化脂肪和卡路里含量，且膳食纤维的水平升高。
这种适合用包封脂质组分取代的食品或饮料产品包括本文所述或本领域技术人员已知的任何基于乳剂的食品，包括但不限于：蛋黄酱、糊、饮料、布丁、汤、咖啡增白剂和甜点(冰淇淋等)。然而，该方法也可用于降低其它类型含脂肪食品，例如肉类产品、烘焙产品、蛋糕、饼干、薯条和薄脆饼的卡路里含量。
本发明的实施例
下面的非限制性实施例和数据显示了本发明组合物、复合物和方法的各方面和特征，包括包封的脂质复合物和稳定的乳化脂质系统的合成及其在食品合成中的应用，这些组合物可通过本文所述方法获得。与现有技术相比，本发明组合物和方法提供了意外的、意想不到的、相反的结果和数据。当然，应理解，包括这些实施例仅仅是示例性的目的，本发明并不限于本文所述脂质、膳食纤维或聚电解质材料、条件、性质等的具体组合。使用本发明范围内的各种其它方法和/或组成实施方式，可实现相当的利用和优点。
一般方法
粉末化壳聚糖(中位分子量；脱乙酰作用，81％；1-重量％的1-重量％醋酸溶液的粘度，286Cps；湿度4.6重量％；灰，0.5重量％)得自Aldrich ChemicalCompany(St.Louis，MO)。粉末化卵磷脂(Ultralec P；不溶于丙酮，97.5％；酸值，27.9mg/g；过氧化值，0.9mEq/kg；湿度，0.77重量％)得自ADM-Lecithin(Decatur，IL)。粉末化果胶(TIC PRETESTED，预水合果胶，高甲氧基，快速形成粉末)得自TIC GUMS(Belcamp，MD)。分析级氯化钠、盐酸、氢氧化钠和醋酸购自Sigma Chemical Company(St.Louis，MO)。使用蒸馏水和去离子水制备所有溶液。
溶液制备；通过将100mM醋酸分散在水中，然后用1M HCl将pH调节至3.0，来制备储备缓冲液。通过将0.2重量％粉末化壳聚糖分散在储备缓冲液中，制备壳聚糖溶液。通过将0.4重量％粉末化果胶分散在储备缓冲液中，制备果胶溶液。通过将1.0重量％卵磷脂粉末分散在缓冲液中，制备乳化剂溶液。将乳化剂溶液在频率20kHz，振幅40％，工作循环0.5秒(Model 500，Sonic Disembrator，Fisher Scientific，Pittsburgh，PA)下，超声处理30秒以分散卵磷脂。用HCl将溶液的pH调回3.0，然后将溶液搅拌约1小时以确保卵磷脂完全溶解。
乳剂特征
粒径测定：用缓冲液将乳剂稀释至液滴浓度约0.005重量％以避免多重散射效应。采用激光光散射装置(Horiba LA-900，Irvine，CA)测定乳剂的粒径分布。该装置测定稀释乳剂散射的激光(λ＝632.8nm)光密度的角相关，然后找到给出理论预测与实验测定之间最佳匹配的粒径分布。使用屈光指数比1.08计算粒径分布。应注意，用于计算粒径分布的理论假定颗粒为球形且均质，因此，应小心处理含絮凝体的乳剂所得数据，因为它们非球形且非均质。至少两个样品测定的均值计算为平均粒径，标准差小于10％。
ζ-电位测定：用缓冲液将乳剂稀释至液滴浓度约0.005重量％以避免多重散射效应。将稀释的乳剂直接注入粒子电泳装置(ZEM5003，Zetamaster，MalvernInstruments，Worcs.，UK)的测定室中。然后，通过在限定很好的电场中测定液滴移动的方向和速度，来确定ζ-电位。将ζ-电位测定表示为两次独立注射的平均值和标准差，每次注射五次读数。
分层稳定性测定：将约3.5g稀释乳剂样品(0.005重量％的油)转移入1-厘米路径长度的塑料分光光度计试管中，然后在30℃下储存7天。然后，使用UV-可见分光光度计(Spectronic 21D，Milton Roy，Rochester，NY)测定乳剂浊度(600nm)。光线在离开试管底约10毫米的高度，即约30％的乳剂高度穿过乳剂。乳剂中的油滴由于重力向上移动，导致在试管底部形成相对澄清的无乳滴的血清层。因此，观察到乳剂浊度的降低表明，血清层升高至至少30％的乳剂高度。
实施例1
乳剂制备：通过将5重量％玉米油与95重量％水相乳化剂溶液在高速混合机(M133/1281-0，Biospec Products，Inc.，ESGC，瑞士)中匀浆化，然后在4,000psi下通过两阶段高压阀匀浆器(LAB 1000，APV-Gaulin，Wilmington，MA)两次，制备初级乳。通过将初级乳与适当量的壳聚糖溶液和缓冲液混合，以使最终浓度为1重量％玉米油、0.2重量％卵磷脂、0.0155重量％壳聚糖、100mM醋酸(pH 3.0)，来制备次级乳。采用磁力搅拌器，室温下将该系统搅拌1小时。如前所述(8，9)，压力4000psi下通过高压阀匀浆器两次，分散乳剂中形成的絮凝体。通过用果胶水性溶液稀释次级乳制备三级乳，得到一系列具有不同果胶浓度的乳剂：0.5重量％玉米油、0.1重量％卵磷脂、0.0078重量％壳聚糖、100mM醋酸和0-0.02重量％的果胶(pH 3.0)。采用磁力搅拌器，室温下将该系统搅拌1小时。分析之前，将三级乳在室温下储存24小时。
实施例2a
果胶浓度对液滴电荷的影响：测定含不同果胶浓度(0-0.02重量％)的三级乳(0.5重量％玉米油、0.1重量％卵磷脂、0.0078重量％壳聚糖、100mM醋酸，pH3.0)的电荷和平均液滴直径。不存在壳聚糖时，次级乳液滴的电荷为+30mV(图2)，表明卵磷脂-壳聚糖膜在pH 3具有较高的正电荷。随着乳剂中果胶浓度的增加，液滴上的电荷正电性开始下降，最终从正电变成负电(图2)。当果胶浓度约为0.003重量％时，液滴上没有净电荷，表明吸收了足够的果胶以中和初始液滴上的电荷。当果胶浓度超过约0.01重量％时，液滴上的负电达到恒定值-14mV。
实施例2b
果胶浓度对粒径的影响：将果胶与次级乳混合后24小时测定三级乳的平均粒径(图3)。不存在果胶时，乳剂对于液滴聚集是稳定的。当果胶浓度为0.002-0.006重量％时，乳剂中观察到广泛的液滴聚集。液滴聚集如此广泛以致于采用激光散射技术不能进行可靠的粒径测定，因为聚集体太大或因为其浓度太小而不能给出与背景足够不同的散射模式。可肉眼清晰观察到这些样品中的各个粒子，提示直径至少为100μm。
认为这些乳剂中广泛液滴絮凝的原因是两方面作用的结果。首先，液滴上的净电荷强度较小(＜5mV)，因此液滴间的静电排斥作用不足以防止聚集。第二，可能是因为形成第三层乳剂期间，果胶分子吸收至多个乳剂液滴表面，从而起到将液滴聚集在一起的聚合物桥的作用。当果胶浓度≥0.008-0.02重量％时，粒径(d32～1.6-0.9μm)显著高于不含壳聚糖时的粒径(d32～0.7μm)，表明存在有限程度的液滴聚集。但是，这要比0.002-0.006重量％果胶时观察到的小得多。过去的研究表明，通过应用机械搅拌可分散多层乳剂中的絮凝体。在本研究中，发现将含0.02重量％果胶的三级乳在4000psi下通过高压阀匀浆器两次可将平均粒径(d32～0.7μm)降低至接近不含果胶时的粒径，提示通过应用机械搅拌可分散絮凝体。
实施例3a
用0.5重量％玉米油、0.1重量％卵磷脂、0.0078重量％壳聚糖、0.02重量％果胶和100mM醋酸(pH 3.0)的组合物制备三级乳。应用之前，将乳剂在4000psi下通过高压阀匀浆器两次，分散乳剂中形成的絮凝体。通过用蒸馏水或氯化钠溶液稀释初级乳、次级乳和三级乳，然后用盐酸或氢氧化钠调节pH，形成一系列具有不同pH(3-8)和离子强度(0或100mM NaCl)的稀释乳剂(～0.005重量％玉米油)。通过激光散射、粒子电泳和浊度技术可直接分析这些乳剂，无需进一步稀释。然后，将稀释的初级乳、次级乳和三级乳在室温下储存1周，测定其电荷、平均液滴直径和分层稳定性(图4-6)。
实施例3b
对液滴电荷的影响-初级乳：在所有pH值下，初级乳中液滴的ζ-电位为负，但是高pH比低pH值下更负一点(图4)。由于果胶上阴离子磷酸基团的pKa值约为pH1.5，低pH下液滴电荷负性较小可能是因为吸收的果胶分子的较小部分发生了电离。通过加入盐，初级乳液滴上的电荷强度降低，例如，当NaCl从0增加至100mM时，pH 3下ζ-电位从-42降低至-13mV(图4a和4b)。这种降低可以是静电屏蔽作用的结果，导致胶粒表面电荷电位随离子强度的增加而降低。
实施例3c
对液滴电荷的影响-次级乳：pH3时，由于阴离子卵磷脂-包衣液滴表面吸收的阳离子壳聚糖分子，次级乳的ζ-电位高度正性(～38mV)。随着pH的升高，液滴上的电荷正性降低(pH 4)，最终变负(pH≥5)。液滴上正电荷随pH升高的降低可能是壳聚糖上-NH3 +基团去质子化的结果。这些基团的pK值约为6.3-7，因此，随着pH的升高，壳聚糖正性降低。随着壳聚糖失去其正电荷，阴离子卵磷脂分子与阳离子壳聚糖分子间的静电吸引减小。结果，较高的pH下壳聚糖分子可能从液滴表面释放，虽然这对于解释观察到的结果不是必然的。有趣的是，在高pH下(pH 6-8)，次级乳中液滴上的负电荷显著低于初级乳中液滴上的负电荷。这种现象可能的解释是，一些吸收到液滴表面的壳聚糖具有残留的正电荷。或者，液滴表面吸收的壳聚糖的存在可增加Stern层的厚度，从而降低测定的ζ-电位。当NaCl浓度从0增加至100mM时，次级乳中ζ-电位强度降低，可能是因为上文提到的静电屏蔽作用。
实施例3d
对液滴电荷的影响-三级乳：pH 3时，不含盐的三级乳的ζ-电位略微为正(+8mV)，提示吸收的果胶分子上的负电荷不足以克服卵磷脂-壳聚糖包衣液滴上的高正电荷(+38mV)。果胶上羧基的pKa值通常约为pH 4-5，因此低pH时果胶的负电荷比高pH时要小。因此，低pH时，其降低卵磷脂-壳聚糖包衣液滴上正电荷的有效性降低。有趣的是，当pH 3、存在100nM NaCl时，三级乳上的电荷为负(-9mV)，提示在盐的存在下，吸收的果糖上的负电荷足以克服该卵磷脂-壳聚糖包衣液滴上大大降低的正电荷(+11mV)。pH≥4，存在或不存在盐，三级乳带有阴离子，提示吸收的果胶分子上的负电荷多于足够平衡卵磷脂-壳聚糖包衣液滴上正电荷所需的量。在高pH值(pH 6-8)时，存在和不存在盐，三级乳的ζ-电位比初级乳的负性要小。然而，不存在盐时三级乳的ζ-电位比次级乳的负性小，存在盐时负性更大。目前尚不清楚这些差异的确切原因，但很可能与初级乳、次级乳和三级乳中界面膜的组成和结构随pH和离子强度的改变有关。当盐浓度从0增加至100mM NaCl时，ζ-电位强度降低，可能是因为静电屏蔽作用。
实施例4a
对液滴聚集的影响-初级乳：在所有pH和NaCl值下，初级乳中的液滴对广泛液滴聚集较稳定(图5)。但是，与无盐条件下储存的乳剂相比(图5a)，在低pH值(pH 3和4)、含盐条件下储存的乳剂(图5b)中的粒子显著较大。例如，pH 3，100mM NaCl时d32＝2.1±0.2μm，0mM NaCl时为0.91±0.09μm。低pH、高盐时液滴的聚集可能是果胶分子上电荷降低加之静电屏蔽增加导致液滴间静电排斥作用降低的结果。此外，盐通过降低极性脂质的有效头基(head group)大小，降低磷脂膜的曲率，促进乳剂中的液滴聚结。
实施例4b
对液液滴聚集的影响-次级乳：不加入NaCl，次级乳中的液滴在低(pH 3和4)和高(pH 8)pH值时对液滴聚集较稳定，但在中等pH值时高度不稳定(图5a)。pH3时液滴对液滴聚集的稳定可能是因为液滴上的高正电荷导致液滴间强烈的静电排斥。随着pH的升高，壳聚糖分子开始失去其正电荷(pKa～6.3-7)，因此液滴上的电荷降低。此外，由于阳离子壳聚糖与阴离子卵磷脂分子间静电吸引作用的降低，壳聚糖分子保持在卵磷脂包衣液滴表面上的牢固性降低。因此，一些壳聚糖分子从乳剂液滴表面完全或部分移位。然后，这些壳聚糖分子可用作使负电荷卵磷脂包衣的液滴聚集在一起的聚合物桥。因此，桥接絮凝与中等(pH 5-7)pH值时观察到的液滴高度聚集有关。pH 8时乳剂对液滴聚集较稳定，因为壳聚糖分子失去了大部分正电荷，因而不能有效诱导桥接絮凝。在100mM NaCl的存在下，低pH值(pH 3和4)时乳剂对絮凝仍然较稳定，但在所有更高的pH值下不稳定。加入盐时，因为充分屏蔽了液滴间的静电排斥作用，pH 8乳剂中可发生聚集。
实施例4c
对液滴聚集的影响-三级乳：除了0mM NaCl下的pH 3乳剂，在所有pH值下，存在或不存在盐时，三级乳中的液滴对液滴聚集稳定(图5a)。在0mM NaCl下的pH 3乳剂中很可能发生聚集，因为液滴的ζ-电位小(图4a)，因而液滴间的静电排斥作用较弱。此外，水相和正电荷液滴中的负电荷果胶分子间可存在桥接絮凝。这些结果表明，采用卵磷脂-壳聚糖-果胶膜可制备具有抗液滴聚集良好稳定性的乳剂。
实施例5
对分层稳定性的影响：通过测定储存1周后30％高度处的浊度，确定稀释乳剂的分层稳定性(图6)。如果发生广泛液滴聚集，那么因为絮凝乳体比个体液滴更快速分层，预期浊度将降低。所有乳剂不存在盐比存在盐时的分层稳定性更高。这可能主要是因为在较高盐浓度下带电液滴间的静电排斥屏蔽相互作用较大。在不存在盐时，所有pH值下，初级乳对分层的稳定性较高，但存在盐时在低pH(pH 3-5)时显示一些分层。在中等pH值(pH 4-7)不存在盐时，以及所有pH值存在盐时，次级乳高度易于分层。在所有pH不存在和存在盐时，三级乳液滴的分层稳定性较高，除了0mM NaCl时的pH 3乳剂。因此，分层稳定性测定在很大程度上支持了采用激光散射进行的粒径测定(图5)。
具有较小粒子的乳剂趋向于分层稳定性更高。可能是因为较厚且带电的三层界面膜，产生较强的静电和空间排斥作用，所以三级乳对液滴聚集稳定。此外，可能是因为多层增加了液滴总密度，从而降低了分散相与连续相之间的密度差并减小了重力分离所需的驱动力，所以提高了分层稳定性。
实施例6A
材料：玉米油(Mazola)，十二烷基硫酸钠99％(Sigma L4509，SigmaChemical Company(St.Louis，MO))，壳聚糖，来自蟹壳，最少85％脱乙酰化(Sigma C3646)，果胶，来自柑橘类水果，1级(Sigma P9135)，100mM醋酸(Fisher A38-212)缓冲液，pH 3，100mM醋酸钠(Fisher S210-500)缓冲液，pH 7.5，0.9M碳酸氢钠(Fisher S6313)溶液，1N氢氧化钠(Sigma S5881)溶液，胆汁提取物(Sigma B8631)溶液(12mg/ml胆汁提取物溶于100mM/L碳酸氢钠中)。
一般方法：采用激光光散射装置(Mastersizer，Malvern Instruments Ltd.，Worcs.，UK)测定乳剂的粒径分布。然后，采用粒子电泳装置(ZEM5003，Zetamaster，Malvern Instruments，Worcs.，UK)，在限定很好的电场中测定液滴移动的方向和速度，确定ζ-电位。
乳剂的制备与表征：制备由SDS-壳聚糖-果胶膜(5mM/kg SDS，0.225％壳聚糖，0.5％果胶，100mM醋酸盐缓冲液，pH3)稳定的水包玉米油乳剂。认为壳聚糖和果胶是膳食纤维，因此，在这些乳剂中围绕油滴的界面膜由膳食纤维构成。采用多步法制备乳剂。首先，用超声仪制备含由SDS膜稳定的阴离子液滴(ζ≈-75mV，d32＝0.44μm)的初级乳。第二，通过用壳聚糖水溶液稀释初级乳形成含由SDS-壳聚糖膜稳定的阳离子液滴(ζ≈+66mV)的次级乳，超声分散任何絮凝体。第三，通过用果胶水溶液稀释次级乳形成含由SDS-壳聚糖-果胶膜稳定的阴离子液滴(ζ≈-10mV)的三级乳。
实施例6B
体外消化模型：对乳剂进行下述体外消化模型试验。首先，将9g乳剂置于50ml带螺旋盖的瓶中。加入约0.25ml 1N HCL，用1N HCL将pH调节至约2。将乳剂在约37℃下孵育约1小时，95rpm混合。用0.9M碳酸氢钠将pH调节至约5.3。将2.25ml胆汁提取物溶液加入到乳剂(12mg/ml胆汁提取物溶于100mM碳酸氢钠)中。然后，用1N氢氧化钠将pH调节至约7.5。将乳剂在约37℃下赋予约2小时，95rpm下混合。然后，测定粒径和ζ电位。结果如表1所示。
表1
消化步骤 ζ电位 粒径(d32)
pH 2 -19.5 0.30
pH 5.3 -19.5 1.18
pH 7.5  n/a* n/a*
*因为乳剂分离形成不能用搅拌破坏的絮凝体，不能测定pH 7.5时的ζ电位和粒径。
结果表明，即使系统中加入胆汁之后(pH 5.3)，在消化模型中，由SDS-壳聚糖-果胶稳定的液滴保持完整(相似的ζ-电位和低平均粒径)。当pH调节至pH 7.5时，光学显微镜观察到广泛聚集，可见脂肪液滴被俘获在膳食纤维骨架中。上述研究表明，壳聚糖包裹的液滴不易受到胰腺脂肪酶/脂肪辅酶的脂质水解作用。因此，这些结果提示，含至少一种不可消化多糖的界面膜稳定的油滴在消化期间保持完整，可防止人体吸收脂质。

Claims (23)

1.一种用于递送食品级疏水组分的乳剂系统，所述系统包括：
在水性介质中基本上疏水的组分；和
至少一种基本上不可消化的食品级组分。
2.如权利要求1所述的乳剂系统，其特征在于，所述疏水组分是选自下组的脂肪或油组分：玉米油、大豆油、葵花子油、芸苔油、菜籽油、橄榄油、花生油、海藻油、坚果油、植物油、蔬菜油、鱼油、芳香油、动物脂肪、乳脂及其组合。
3.如权利要求1所述的乳剂系统，其特征在于，用至少一种乳化剂组分将所述疏水组分至少部分地分散在水性介质中。
4.如权利要求1所述的乳剂系统，其特征在于，所述不可消化的食品级组分包含至少一种多糖组分。
5.如权利要求4所述的乳剂系统，其特征在于，所述多糖组分是膳食纤维。
6.如权利要求1所述的乳剂系统，其特征在于，所述不可消化的食品级组分包括蛋白质-多糖共价复合物。
7.如权利要求1所述的乳剂系统，其特征在于，所述不可消化的食品级组分具有净电荷，并且还包含具有与所述不可消化的食品级组分的净电荷相反的净电荷的食品级聚合物组分。
8.一种控制脂肪或油成分消化的乳剂组合物，所述组合物包含：
在水性介质中基本上疏水的组分；
具有净电荷的乳化剂组分；和
聚合物组分，其中，至少一部分聚合物组分具有与乳化剂组分的净电荷相反的净电荷，其中，所述乳化剂组分和所述聚合物组分中的至少一种包含基本上不可消化的多糖组分。
9.如权利要求8所述的组合物，其特征在于，所述疏水组分是选自下组的脂肪或油组分：玉米油、大豆油、葵花子油、芸苔油、菜籽油、橄榄油、花生油、海藻油、坚果油、植物油、蔬菜油、鱼油、芳香油、动物脂肪、植物脂肪及其组合。
10.如权利要求8所述的组合物，其特征在于，所述疏水组分是一种或多种天然或合成的脂质组分。
11.如权利要求8所述的组合物，其特征在于，所述乳化剂组分选自：卵磷脂、壳聚糖、果胶、刺槐豆胶、阿拉伯胶、瓜耳胶、海藻酸、海藻酸盐、纤维素、修饰的纤维素、变性淀粉、乳清(why)蛋白、酪蛋白、大豆蛋白、鱼类蛋白、肉类蛋白、植物蛋白、聚山梨酸酯、脂肪酸盐、DATEM、CITREM、小分子表面活性剂及其组合。
12.如权利要求8所述的组合物，其特征在于，所述聚合物组分包括一种或多种蛋白组分、多糖组分及其组合。
13.如权利要求8所述的组合物，其特征在于，所述不可消化的多糖组分包括以下至少一种：壳聚糖、纤维素及其衍生物、甲基纤维素、菊粉及其衍生物、木质素、氨基多糖、果胶、角叉菜胶、海藻酸盐、食物树胶及其组合。
14.如权利要求8所述的组合物，还包括具有净电荷的第二聚合物组分，所述第二聚合物组分与至少一部分所述乳化剂组分、至少一部分所述聚合物组分或上述两者具有静电相互作用。
15.一种采用多层组合物控制脂肪或油组分消化的方法，所述方法包括：
提供一种乳剂系统，所述乳剂系统包含至少一种在水性介质中基本上疏水的组分和至少一种不可消化的食品级组分；和
将所述乳剂系统掺入食品或饮料产品中的一种。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述不可消化的食品级组分包括对所述疏水组分基本上不可渗透的膳食纤维。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述乳剂系统包含许多多层组分，每个多层组分包含基本上疏水的组分和至少一层不可消化的食品级组分，每层具有净电荷，其中，每层与下面的后续吸收层具有静电相互作用。
18.一种采用膳食纤维控制脂肪或油在人或动物消化道中的吸收的方法，所述方法包括：
提供在水性介质中基本上疏水的组分；和
使所述疏水组分与至少一种不可消化的膳食纤维组分接触。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述疏水组分选自：脂肪、油或其组合。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述膳食纤维是壳聚糖。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，对于所述疏水组分来说，所述膳食纤维基本上不可渗透。
22.如权利要求18所述的方法，还包括使所述疏水组分与一层或多层食品级聚合物组分接触，每层与下面的后续接触层具有静电相互作用。
23.如权利要求18所述的方法，还包括将疏水组分进行机械搅拌和超声处理中的一种。
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