DE69217745T2 - Lebensmittel oder kosmetische Creme mit Gasbläschen in einem wässrigen Medium - Google Patents

Description

• Viele Produkte, wie Nahrungsmittel oder kosmetische Cremen, werden aufgeschlagen. Die Gasphase kann eingeführt werden, um einen spezifischen Texturcharakter vorzusehen, wie sprödigkeit bei Konfekt, Leichtigkeit bei Schlagsahne, Portionierbarkeit bei Eiscreme, oder Opazität bei Kosmetika. Alternativ dazu kann die Gasphase als strukturierendes Element in einem Teil eines Kochvorgangs dienen, wie bei "cremigen" Margarinen beim Kuchenbacken, oder bei der auf Ei basierenden, aufgeschlagenen Struktur in einem Schaumgebäck oder Soufflé. Obwohl sie sich in ihrer chemischen Zusammensetzung stark unterscheiden, haben die Aufschlagverfahren dieser Produkte vieles gemeinsam. Beispielsweise kann jedes durch Schlagen mit einem einfachen mechanischen Schneebesen oder Schlagbesen durchgeführt werden, wobei die Anfangsstufe im Einschluß großer Gaszellen besteht, die dann während des Schlagens durch das Scherfeld der Schneebesen- oder Schlagbesenschaufeln zerbrochen werden. In jedem Fall ist es bekannt, daß das Verfahren in unterschiedlichem Ausmaß durch einige physikalische Faktoren beeinflußt wird, von denen nörmalerweise die rheologischen Eigenschaften und das Grenzflächenverhalten als die wichtigsten gelten.
• Ein Problem, das bei vielen Schaumprodukten angetroffen wird, ist die Stabilität mit der Zeit: dies ist darauf zurückzuführen, daß eine Schaum- oder Gaszellendispersion, die große Zellen umfaßt, für eine Aufrahmungstrennung der Dispersion in einzelne Schichten mit unterschiedlichem Gasphasenvolumen anfällig ist, wobei die größeren Zellen in der Schicht mit hohem Gasphasenvolumen durch einen Filmriß zusammenwachsen, während die kleineren Gaszellen, etwa unter 100 µm, mit der Zeit instabil werden, was auf eine Disproportionierung zugunsten der größeren Zellen zurückzuführen ist, und dies gilt insbesondere, wenn die Gaszellen feiner werden.
• Das EP-Patent 359 246 offenbart die Herstellung eines Ultraschall-Abbildungsmittels für den menschlichen Körper für diagnostische Zwecke, welches Mikroblasen umfaßt.
• WO-92/05806 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Suspensionen, die für eine Ultraschall-Echographie geeignet sind, welche Suspensionen kleine Schaumblasen umfassen.
• Das EP-Patent 274 348 offenbart die Herstellung eines Nahrungsmittelschaums, der eine stabile Dispersion aus Luftoder Gasblasen umfaßt.
• Das US-Patent 3 682 656 offenbart kleine Gaszellen in fettkontinuierlichen Nahrungsmittelprodukten.
• In der Praxis besteht ein Bedarf an stabilen schaumigen Nahrungsmittelprodukten und kosmetischen Cremen mit stabilen Gaszellen. überraschenderweise konnte ein Schaum, der Gaszellen umfaßt, die in einem kontinuierlichen flüssigen wässerigen Medium dispergiert sind, in einem stabilen Zustand erhalten werden, d.h. ein Schaum mit einer Stabilität von mehr als zwei Wochen, wobei die Gaszellen dieses Schaums einen gemessenen D 3,2 mittleren Durchmesser von weniger als 10 µm haben, und das Gasphasenvolumen dieses Schaums mehr als 0,0001 beträgt. Obwohl die Gaszellen des Schaums in verschiedenen Ausführungsformen auftreten können, ist die Grenzoberfläche, d.h. die Oberfläche, die das Gas jeder Zelle und das flüssige Medium trennt, bei einem charakteristischen Aussehen strukturiert und umfaßt eine Vielzahl benachbarter Domen. Eine spezifische Stabilität wird erhalten, wenn die große Mehrheit der Domen hexagonale und einige pentagonale Umrisse haben. üblicherweise liegen einige Unregelmäßigkeiten, z. B. höhere Polygone, unter den gewölbten Strukturen vor. Diese Polygone können von sehr unregelmäßiger Form sein.
• Gaszellen mit guter Stabilität in bezug auf das Aufrahmen und die Disproportionierung können erhalten werden, wenn die Zellen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 20 µm und bevorzugter 0,5 bis 3 µm aufweisen.
• Der in der gesamten Beschreibung und in den Ansprüchen angegebene Durchmesser bezieht sich auf einen gemessenen D 3,2 (Volumenoberfläche) mittleren Durchmesser. Der Ausdruck "flüssiges Medium" in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen umfaßt jedes Medium, das eine Molekülmobilität zeigt, d.h. einschließlich Gele und viskose Flüssigkeiten, jedoch definitiv nicht Glas.
• Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Gaszellen in einem flüssigen wässerigen Medium umfaßt das Schlagen eines flüssigen wässerigen Mediums mit einem Gas, so daß Gaszellen mit den erforderlichen Abmessungen gebildet werden, während ein grenzflächenaktiver Stoff in diesem flüssigen Medium eingeschlossen ist, um die Gaszellen zu stabilisieren. Um Gaszellen mit den erforderlichen Abmessungen zu erhalten, sollte eine ausreichende Scherkraft auf die größeren Gaszellen, die anfänglich gebildet werden, ausgeübt werden. Faktoren, die diese Scherkraft beeinflussen, umfassen den Typ des Mischers, Schlagbesens oder Schneebesens, die Viskosität des flüssigen Mediums und die Temperatur hievon. In der Praxis werden ein Mischer mit hoher Scherkraft, z. B. ein Kenwood-Chef-Mischer, eine Kolloid- Mühle, ein Oakes-Mischer, ein Hohlraumtransfer-Mischer oder ein Silverson verwendet. Durch Erhöhung der Viskosität und/oder Verringerung der Temperatur des flüssigen Mediums wird die größenreduzierende Wirkung des Mischers auf die Gaszellen gesteigert. Wenn ein Kenwood-Chef-Mischer bei Raumtemperatur verwendet wird, ist eine geeignete dynamische Viskosität des flüssigen Mediums 0,1 Pa 5 bis 20 Pa s, obwohl der Bereich von 0,2 bis 0,4 Pa s bevorzugt wird.
• Nach Erhalt der stabilengaszellen in Form eines dicken, cremigen Schaums können diese Gaszellen dann vom flüssigen Medium, das zur Herstellung der Zellen verwendet wird, getrennt werden. Die Trennung kann durch Zentrifugation oder Verwendung einer Dialysemembran nach Modifikation der Flüssigphase der Gaszellensuspension, wie durch Verdünnung mit einer mischbaren Flüssigkeit, erfolgen.
• Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung einiger zur Zeit bevorzugten Ausführungsformen erläutert. Die Figuren zeigen einige elektronenmikroskopische Aufnahmen von gewölbten und unterschiedlich strukturierten Gaszellen gemäß der Erfindung, wobei jede mit einem unterschiedlichen Vergrößerungsfaktor gemacht wurde.
Beispiel 1:
• Es wurde eine wässerige Lösung hergestellt, die 70 Masse-% Maltodextrin 63 DE und 2 Masse-% Saccharosemonostearatester enthielt. Unter Verwendung eines Kenwood-Chef-Mischers wurde diese Lösung 1 h lang bei Geschwindigkeit 5 aufgeschlagen. Es ergab sich ein dicker, cremiger Schaum.
• Dieser Schaum zeigte ein Luftphasenvolumen von 0,6, und die große Mehrheit der Gaszellen hat einen Durchmesser in der Größenordnung von 2 jim und darunter. Nach Stehenlassen während 40 Tagen war nur eine geringe sichtbare Änderung erfolgt.
• Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten (siehe Fig. 1 und 2), daß die Luftzellen Oberflächen hatten, die in Domen geteilt waren, wobei die meisten der Domen einen hexagonalen (1) und einige davon einen pentagonalen (2) Umriß aufwiesen. Wenige zeigten einen unterschiedlichen polygonalen (3) Umriß. Eine Darstellung, die einen Teil einer gewölbten Oberfläche zeigt, und die mit dem größten Vergrößerungsfaktor gemacht wurde, ist in Fig. 3 dargestellt.
• Der so hergestellte Schaum konnte 1000-fach mit Wasser verdünnt werden, wodurch eine weiße, milchige Flüssigkeit erhalten wurde. Dasselbe Ergebnis wurde bei einer 1000-fachen Verdünnung mit einer 30 Masse-% wässerigen Maltodextrin 63DE-Lösung erhalten. Obwohl sie nicht länger in einer dicken, viskosen wässerigen Flüssigkeit suspendiert/dispergiert waren, verblieben die Gaszellen mit Durchmessern von weniger als 5 bis 10 µm in Suspension, wenn auch mit einer gewissen Aufrahmung. Diese Aufrahmung konnte durch einfaches Rühren oder Wirbeln umgekehrt werden. Während 20 Tagen fand keine signifikante Änderung statt.
• Obwohl eine gewisse Ausflockung von Zellen über längere Zeiträume erfolgte (üblicherweise länger als mehrere Tage, in Abhängigkeit von der Ionenkonzentration), blieben die Zellen hinsichtlich einer Disproportionierung im wesentlichen stabil. Die Ausflockung bewirkte jedoch eine Zunahme der Aufrahmungsrate der Gaszellensuspension. Wenn sie nicht ausgeflockt sind, ist ersichtlich, daß die Zellen, die kleiner als 10 µm sind, unter dem starken Einfluß der Brownschen Bewegung stehen, wodurch gezeigt wird, daß die Stabilität dieser Zellen nicht aus den Zellen resultiert, die in einer steifen Matrix eingeengt sind.
• Die Gaszellen konnten nochmals auf ein Gasphasenvolumen von 0,4 durch Zentrifugation der verdünnten Flüssigkeit in einer Zentrifuge bei einer Geschwindigkeit von 2500 UpM während 5 min konzentriert werden.
• Wie erwartet, konnte die Konzentrationsrate der Gaszellen durch Zentrifugation durch Variieren der Viskosität der Suspensionsphase und der Stärke der ausgeübten Gravitationskraft beeinflußt werden.
• Der durch das eben beschriebene Verfahren hergestellte dicke Schaum wurde mit destilliertem Wasser auf Luftphasenvolumina ∅ von 0,1, 0,01 bzw. 0,001 verdünnt. Nach Stehenlassen während 14 Tagen wurden Bestimmungen der Gaszellengrößen sowohl mit einem Coulter-Zähler (Aperturgröße 70 µm) als auch mit einem Malvern-Zetasizer durchgeführt.
• Für die Coulter-Zähler-Bestimmung wurden Proben jeder der drei verdünnten Schaummengen nach leichtem Schütteln entnommen, und diese Proben wurden mit destilliertem Wasser auf eine für die Bestimmung geeignete Verdünnung verdünnt.
• Die Ergebnisse waren wie folgt:
• Eine blinde Gaszellengrößenbestimmung von destilliertem Wasser ergab eine gesamte Hintergrundzählung teilchenförmiger Verunreinigungen von 600.
• Eine Menge des ursprünglichen Schaums wurde mit destilliertem Wasser auf ein Luftphasenvolumen von 0,05 verdünnt und über Nacht gegen destilliertes Wasser dialysiert, um das Maltodextrin in der Flüssigphase zu verringern.
• Nach geeigneter Verdünnungwurden die folgenden Daten für Gaszellengrößen und Größenverteilung unter Verwendung eines Malvern-Zetasizers erhalten.
• Dieselbe dialysierte Probe, die in einem Ultraschall-Reinigungsbad leicht beschallt wurde, wurde einer Teilchengrößenbestimmung in einem Malvern-Zetasizer unterzogen, wobei die folgenden Daten erhalten wurden:
• Alle diese Gaszellengrößen und -verteilungen bestätigen, daß die Hauptmenge an Gaszellen eine Größe von deutlich unter 10 µm aufweist.
Beispiel 2:
• Eine wässerige Lösung, enthaltend 1,5 % (M/M) Hydroxyethylcellulose und 6 % (M/M) Saccharoseester, S-1670 Ryoto Sugar Ester von Mitsubishi Kasei Food Corporation, eine Mischung von vorwiegend Saccharosemono- und -distearaten, wurde in der Schale eines Planetenmischers unter Verwendung eines feinen Drahtschlagbesens aufgeschlagen. Nach 30 min wurde die Konzentration der Saccharoseester durch den Zusatz einer konzentrierteren wässengen Lösung (25 % M/M) um 2 % erhöht. Nachfolgende identische Zusätze wurden unter Schlagen in Intervallen von 10 Minuten durchgeführt, bis die Saccharoseester-Konzentration insgesamt 12 % M/M erreichte. Die Gesamtviskosität der aufgeschlagenen Matrix wurde durch den Zusatz einer geeigneten Wassermenge ungefähr konstant gehalten. Gegebenenfalls können so hergestellte Gaszellensuspensionen mit einer Kolloid-Mühle verarbeitet werden, um die größeren Gaszellen rasch zu entfernen.
• Zwei so gebildete Gaszellensuspensionen wurden 1 h lang und dann 1 Tag lang stehengelassen. Nach 100-fachen Verdünnungen beider Proben konnte mit der Zeit keine Änderung in der Gaszellengrößenverteilung verzeichnet werden, wie durch Lichtmikroskopie gemessen. Dabei wurde beobachtet, daß Gasmikrozellen typische Durchmesser im Bereich von 1 bis 10 pm aufwiesen. Durch Lichtmikroskopie konnte festgestellt werden, daß die Mikrozellen in der fließenden Flüssigkeit auf dem objektträger des Mikroskops frei beweglich waren und sich unter dem Einfluß der Brownschen Bewegung bewegten. Durch eine derartige Erhöhung der Konzentration des grenzflächenaktiven Stoffes konnte ein erhöhter Anteil an Gasmikrozellen in bezug auf größere Zellen gebildet werden; Nach Verdünnung auf eine Viskosität, welche die Entfernung von Zellen, deren Größe über der erforderlichen Größe lag (in diesem Fall 20 µm), ermöglichte, und Trennen durch Aufrahmen hatte die Gaszellensuspension ein Gasphasenvolumen von 0,4 und enthielt ungefähr 10&sup9; Zellen pro ml. Falls erforderlich, könnte ein überschüssiger grenzflächenaktiver Stoff durch Dialyse entfernt werden.
• So hergestellte Gasmikrozellen konnten mit Lösungen gemischt werden, die ein gelbildendes- oder viskositätserhöhendes Mittel mit geeigneten Eigenschaften der Fließgrenze enthalten, um eine Suspension mit einem bekannten Phasenvolumen herzustellen, die gegenüber einem Aufrahmen der Zellen im wesentlichen stabil ist. Mit geeigneten mikrobiologischen Vorkehrungen blieb die Gaszellensuspension während eines Zeitraumes von vielen Wochen unverändert.
Beispiel 3:
• Es wurden Gasmikrozellen unter Verwendung einer Mischung von zwei Typen grenzflächenaktiver Stoffe, die unterschiedliche Kopfgruppengrößen, jedoch dieselben oder sehr ähnliche gesättigte hydrophobe Ketten aufwiesen, hergestellt. Dieses Beispiel erläutert, daß Mikrozellen mit wesentlicher Stabilität durch den Zusatz verschiedener Mengen an Co-Surfactant(s) hergestellt werden können, wobei die charakteristischen Oberflächen-Domen- Merkmale derart expandiert werden können, daß der Domenradius modifiziert wird, um jenem der Gaszellenoberfläche mehr (oder weniger) ähnlich zu sein. Dies kann durch Transmissionselektronenmikroskop-Aufnahmen veranschaulicht werden (Fig.4). Die Probe wurde durch das Verfahren von Beispiel 1 hergestellt, jedoch aus einer Zusammensetzung grenzflächenaktiver Stoffe aus Saccharoseester (1,3 M/V) und Stearinsäure (0,07 % M/V). In derartigen Mikrozellen ist das regelmäßige Muster gestört. Während die Zelloberfläche gekrümmt und in Domänen getrennt bleibt, sind diese nicht mehr regelmäßig. Eine ansonsten identische Zubereitung, die dieses Mal jedoch 1,3 % M/V Saccharoseester und 0,7 % Stearinsäure enthielt, ergab Gasmikrozellen, welche im wesentlichen glatte Oberflächen mit nur einigen die gekrümmten Oberflächen trennenden Linien oder Diskontinuitäten aufwiesen. Viele Zellen zeigten keine getrennten Zonen. Nach einer Alterung während 13 Tagen und einer Trennung der Mikrozellen durch 10-fache Verdünnung und Entfernung der größeren Zellen durch Aufrahmen ergaben die Mikrozellen, in zwei getrennten Bestimmungen der Größenverteilung, einen D 3,2 von 1,19 und 1,25 µm für die Dispersion. Die Mikrozellen in diesen Beispielen zeigten Stabilitätseigenschaften analog zu den oben beschriebenen Mikrozellen.
Beispiel 4:
• Entfettetes und vollständig hydriertes Phosphatidylcholin (PC) (98 % rein mit 1 % Lysophosphatidylcholin plus anderen Phospholipiden als Verunreinigungen (Emulmetic 950 von Lucas Meyer)) wurde in einer Zubereitung von Gasmikrozellen im kleinen Maßstab verwendet. 0,5 g PC wurden auf 65ºC in einer 10 g 60 % Maltodextrin-Lösung erhitzt. Es wurde eine homogene Dispersion durch Rühren hergestellt, während die Temperatur 1 h lang reguliert wurde. Die Suspension wurde bei Raumtemperatur 1 h lang unter Verwendung einer Microscale-Schlagvorrichtung aufgeschlagen, die ein Gehäuse aus rostfreien Stahldrähten umfaßte und durch einen Motor mit variabler Geschwindigkeit angetrieben wurde. Ein Phasenvolumen mit einem typischen Wert von 0,7 wurde im Anfangsaufschlagschritt erhalten. Nach 24 h Alterung konnten die größeren Zellen von den den Schaum umfassenden Mikrözellen durch Aufrahmen entfernt werden. Bei Betrachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop hatten die Mikrozellen Oberflächen, die durch das Vorliegen von Wellen oder Falten gekennzeichnet waren (Fig.6) und wichen häufig wesentlich von einer Gesamtkugelform ab (Fig.5). Zellen im Bereich von 1 bis 20 µm konnten durch Standard-Trenntechniken geerntet werden.

Claims (5)

1. Nahrungsmittelprodukt oder kosmetische Creme, umfassend einen Schaum, der Gaszellen umfaßt, die in einem kontinuierlichen flüssigen wässerigen Medium dispergiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum eine Stabilität von mehr als 2 Wochen hat, die Gaszellen einen gemessenen D 3,2 mittleren Durchmesser von weniger als 10 pm aufweisen und das Gasphasenvolumen mehr als 0,0001 beträgt.

2. Nahrungsmittelprodukt oder kosmetische Creme nach Anspruch 1, wobei die Zellen mit einer Grenzoberf läche eine Vielzahl von benachbarten Domen umfassen.

3. Nahrungsmittelprodukt oder kosmetische Creme nach Anspruch 1, wobei die Zellen einen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 20 µm aufweisen.

4. Nahrungsmittelprodukt oder kosmetische Creme nach Anspruch 1, wobei die Zellen einen Durchmesser von 0,5 bis 3 µm aufweisen.

5. Nahrungsmittelprodukt oder kosmetische Creme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die große Mehrheit der Domen hexagonale und einige pentagonale Umrisse haben.