NL8402867A - Antioxidantsysteem. - Google Patents

Description

5 *

Case Nr. L 7018 (R)

Antioxidantsysteem.

De uitvinding heeft betrekking op een antioxydantsysteem, dat in het bijzonder bruikbaar is voor voorkoming of ten minste vermindering van de oxidatie van eetbare lipiden.

De uitvinding heeft mede betrekking op voedingsmidde-5 len, in het bijzonder olie- en water-bevattende emulsies, die voor oxidatie gevoelige lipiden en een abtioxidantsysteem bevatten, en op een werkwijze voor de bereiding van emulsies, die met dat antioxidantsysteem gestabiliseerd zijn.

Het is bekend om antioxidantia te gebruiken om de oxida-10 tie van lipiden te voorkomen. Antioxidantia kunnen in twee hoofdgroepen ingedeeld worden: leden van de ene groep worden inhibitors genoemd; zij werken door het onderbreken van de kettingreactie. Leden van de andere groep worden vertragers genoemd. Deze zijn in staat te voorkomen, dat . 15 initiërende radicalen het systeem binnenkomen. Vaak gebruikte inhibitors zijn BHA (gebutyleerd hydroxyanisool), BHT (gebutyleerd hydroxytolueen) en tocoferolen. Ascorbinezuur wordt dikwijls als vertrager gebruikt. Inhibitors vergroten, wanneer zij aan de olie toegevoegd worden, de inductieperiode, terwijl vertragers geen invloed hebben op de inductie-20 periode, maar op de kinetiek van de kettingreactie als deze begonnen is. Synergistische effecten kunnen bereikt worden wanneer antioxidantia van beide soorten tegelijkertijd gebruikt worden.

Volgens de uitvinding wordt een doelmatig, antioxidantsysteem verschaft dat bestaat uit een meerlagensysteem van het lamellai-25 re, vloeibare kristaltype van ten minste één polair lipide, dat een lipo-fiel en/of amfifiel antioxidant bevat.

Polaire lipiden zijn stoffen, die in de organische chemie welbekend zijn. De meest gebruikelijke polaire lipiden zijn fosfoli-piden. Volgens de uitvinding kunnen fosfatidylcholine, fosfatidylethanol-30 amine of de geacetyleerde derivaten daarvan, fosfatidylinosital en/of de lipoderivaten daarvan of mengsels van de genoemde verbindingen gebruikt worden. De polaire lipiden dienen in water dispergeerbaar te zijn en zijn bij voorkeur gezuiverd van stoffen, die de dispergeerbaarheid in 840 28 6 7 2 water nadelig zouden kunnen beïnvloeden. Het is daarom nuttig ontvette fosfolipiden te gebruiken, .±oals ontvette lecitinen. Zulke verbindingen kunnen alleen worden toegepast of in combinatie met monoglyceriden, bij voorkeur van het onverzadigde soort, die een lager smeltpunt en een bete-5 re dispergeerbaarheid in water hebben dan de verzadigde soorten.

De antioxidantia kunnen bekende natuurlijke of synthetische, lipofiele of amfifiele antioxidantia zijn, zoals BHA, BHT, TBHQ, gallaten, tocoferolen, enz. In voedingsmiddelen genieten tocoferolen de voorkeur. Tocoferolen worden in de natuur aangetroffen, in het bijzon-10 der in plantaardige oliën.

. Het antioxidantsysteem volgens de uitvinding, dat de-.-voorkeur geniet bestaat uit tocoferol, ingesloten in een meerlagensys-teem van het lamellaire, vloeibare kristaltype, bestaande uit fosfolipiden. In het antioxidantsysteem kan de verhouding van antioxidant tot 15 polair lipide variëren van 0,0001 : 1 tot 4:1, bij voorkeur van 0,01 : 1 tot 1:1.

Een dergelijk antioxidantsysteem is in het bijzonder bruikbaar voor de stabilisatie van lipiden bevattende voedingsmiddelen, b.v. vetten, oliën, fosfolipiden en dergelijke, die in contact staan 20 met lucht of met water of een. zuurstof bevattende waterige fase.

De uitvinding berust op de ontdekking, dat bij opname van het lipofiele antioxidant in het genoemde meerlagensysteem van een polair lipide buiten het lipide (vet of olie), dat gevoelig is. voor oxidatie en dat de vetfase vormt van een olie-en-water bevattende emulsie, 25 zijn effect als antioxidant veel groter is dan wanneer dezelfde hoeveelheid antioxidant wordt opgelost in het tegen oxidatie te stabiliseren lipide.

Bij voorkeur wordt het antioxidantsysteem bereid door: (a) oplossen van het lipofiele en/of amfifiele antioxi-30 dant in een oplosmiddel (bij voorkeur een organisch oplosmiddel), (b) toevoegen aan de zo verkregen oplossing van een geschikte hoeveelheid van een polair lipide, opgelost in een (organisch) oplosmiddel, (c) verdampen van het (organische) oplosmiddel uit het 35 mengsel, (d) toevoegen van water of een waterige fase aan het 8402867 3 .· residu, en (e) mengen van het mengsel gedurende een periode, die lang genoeg is om zich liposomen te laten vormen.

Het organische oplosmiddel is niet kritisch, maar bij 5 voorkeur wordt ethanol of isoprop'anol gebruikt als het oplosmiddel in de stappen (a) en (b).

Het polaire lipide is, zoals hierboven opgemerkt, bij voorkeur een fosfolipide, zoals fosfatidylcholine. Stap (c) wordt bij voorkeur 'uitgevoerd onder een inert gas, in het ideale geval onder stik-10 stof.

De mengtrap (e) kan op conventionele wijze uitgevoerd worden, b.v. door schudden, roeren of sonificatie.

De emulsies volgens de uitvinding, waaraan de voorkeur wordt gegeven, worden bereid door de liposomale dispersie, die onder (e) 15 verkregen werd, te emulgeren met een olie/vet/lipide, dat gevoelig is voor oxidatie, b.v. een olie met onverzadigde bindingen, zoals zonnebloemolie,. sojabonenolie, maïsolie, raapolie, talkvet, botervet, enz. tot de uiteindelijke emulsie.

Zulke emulsies kunnen op zichzelf staande produkten zijn 20 of kunnen bestanddelen of ingrediënten vormen van voedingsmiddelen, in het bijzonder van margarine en van smeersels met een laag vetgehalte. Dergelijke emulsies worden gekenmerkt doordat zij geconcentreerd in het olie/water grensvlak, een antioxidantsysteem. bevatten zoals hierboven omschreven.

25 O/w-emulsies kunnen worden bereid door een vetfase te emulgeren in de liposomale dispersie, zoals hierboven omschreven.

W/o-emulsies kunnen worden bereid door de liposomale dispersie, zoals hierboven omschreven, in de vetfase te emulgeren.

Margarine en smeersels met een laag vetgehalte kunnen 30 bereid worden door de emulsies aan een structurerende bewerking te onderwerpen, bestaande uit dooreenwerken en koelen van de emulsie.

De noodzakelijke hoeveelheid antioxidant in de emulsie-, 2al variëren in afhankelijkheid van zijn eigen aard, de aard van het vet/ olie/lipide dat beschermd moet worden, van de beschikbaarheid van zuur-35 stof en van de aanwezigheid of afwezigheid van stoffen, die het oxidatie-proces bevorderen of belemmeren. De meest geschikte hoeveelheid antioxidant kan in elk afzonderlijk geval bepaald worden. Voor tocoferol zijn 840 28 6 7 4 concentraties bruikbaar, die bij voorkeur liggen tussen 0,001 en 0,1%, berekend op de olie of het vet.

De te gebruiken hoeveelheid polair lipide kan eveneens binnen ruime grenzen variëren. De minimale hoeveelheid is zoveel, dat de 5 gedispergeerde fase van de emulsie bedekt wordt door dubbellagen van polair lipide, waarin het antioxidant aanwezig is.

In de meeste gevallen is een verhitte hoeveelheid van het polaire lipide, in het bijzonder licitine, gelegen tussen 0,1 en 25%, bij voorkeur tussen 0,5 en 10%, berekend op de totale emulsie.

10 Hoewel het niet de bedoeling is de uitvinding aan enige theorie of mechanisme te binden, is aannemelijk, dat de verrassende effecten, die volgens de uitvinding worden bereikt, een gevolg zijn van het feit dat het antioxidant zich richt op en concentreert aan het water/ olie grensvlak van de emulsie.

15 De uitvinding wordt toegelicht in de volgende voorbeel den .

Voorbeeld I

Bereiding van een o/w-emulsie, bevattende a-tocoferol in een lecitine-meerlagensysteem volgens de uitvinding.

20 Een liposomale dispersie werd als volgt bereid: 0,1 g α-tocoferol werd opgelost in 5 cm3ethanol (95 gew.%). Deze oplossing werd toegevoegd aan 1 g fosfatidylcholine (PC), opgelost in 20 cm3 ethanol (95 gew.%)'. De ethanol werd verdampt onder een stroom stikstof-gas gedurende 40 minuten en het residu werd vervolgens tot 40eC verwarmd. 25 Na toevoeging van 94 g water aan het PC/tocoferol-mengsel werd de dispersie in een "Griffin"-fles gedurende 10 minuten geschud, totdat al het PC liposomen had gevormd. Een o/w-emulsie werd bereid door toevoeging van 5 g sojabonenolie aan de dispersie, waarna het mengsel werd geëmulgeerd door 2 minuten sonificatie (80 Watt) in buizen, die rege-30 ling van de temperatuur mogelijk maken, met behulp van een Branson soni-ficeertoestel.

Vergelijkende proef

Bereiding van een o/w-emulsie met α-tocoferol opgelost in sojabonenolie.

35 Emulsies met dezelfde samenstelling als hierboven wer den bereid.

α-Tocoferol werd opgelost in 5 cm5 ethanol (95 gew.%). De ethanol werd 84 0 2 β β 7 5 verdampt tot 40°C. Na toevoeging van sojabonenolie werd het mengsel krachtig gemengd. Er werden PC-liposomen gemaakt, zoals hierboven beschreven.

De sojabonenolie, die de α-tocoferol bevatte, werd toegevoegd aan de liposomale dispersie, waarna het mengsel op de hierboven beschreven wij-5 ze werd geëmulgeerd.

Vergelijkende proef

Bereiding van o/w-emulsies zonder α-tocoferol.

Dit type emulsie, dat gebruikt werd als contröle,. werd op dezelfde wijze bereid als de twee andere, hierboven-beschreven typen, 10 doch zonder tocoferol.

Katalytische procedure en analyse van de oxidatie van het lipide.

De analyse van de oxidatie van het lipide werd bepaald door het zuurstofgebruik, gebruikmakend van een polarografische methode 15 (volgens Lignert el al. "Antioxidative Effect of Maillard Reaction Products, proefschrift Chalmers University of Technology, Gothenburg, Zweden, 1979). Met deze methode wordt het totale zuurstofverbruik snel en reproduceerbaar gemeten, waarbij slechts een klein monstervolume nodig is.

20 Een hoeveelheid van 0,1 cm3 van een.55 millimolair oplossing van (NH^)^Fe(SO^)^ we^d gebruikt voor 69 g emulsie om de oxidatie te versnellen. De polarografische analyse werd uitgevoerd op een Beekman 0260 zuurstofanalysator met een model 39557 zuurstofsensor. Het reactievat was zodanig geconstrueerd dat de temperatuur kon worden gere-25 geld en dat de emulsie een minimaal contactoppervlak met de lucht had.

De emulsie werd op 30°C gehouden. De katalysator werd door een membraan geïnjecteerd en het zuurstofverbruik werd genoteerd.

Door dispergering van de lamellaire vloeibare kristal-fase van lecitine in water worden uit een aantal lagen bestaande aggre-30 gaten van lecitine gevormd; behandeling met ultrageluid is een krachtige methode om de dubbellagen, die in overmaat over het water aanwezig zijn, stuk te maken onder vorming van de liposomen. De drie soorten emulsies werden op de hierboven beschreven wijze bereid, blootgesteld aan de katalysator en geanalyseerd op lipide-oxidatie. De resultaten zijn weerge-35 geven in fig. 1.

Het is duidelijk, dat α-tocoferol, opgelost in het meer- 84 0 28 6 7 6 lagensysteem, met betrekking tot de oxidatie van het lipide effectiever is dan het antioxidant dat in de olie is opgelost. Het α-tocoferol kan als antioxidant optreden door de kettingreactie te onderbreken en door zuurstof of zuurstof bevattende radicalen weg te vangen (J.F.G. Vliegend-5 hart, Chem. Ind. 241, (1979)). De oxidatie in deze emulsiesystemen wordt geïnitieerd in de waterfase en de eerste plaats voor de lipide-oxidatie is daarom het oppervlak van de oliedruppeltjes. Het valt dan ook te verwachten, dat het in het lecitine-meerlagensystèem aanwezige a-tocoferol in een eerder stadium zuurstofradicalen wegvangt of de oxidatiereactie 10 van het lipide onderbreekt dan wanneer het antioxidant in de olie is opgelost. Dit wordt ook waargenomen (fig. 1) en het is duidelijk, dat zowel de inductieperiode als de kinetiek van de oxidatie in de snelste fase beïnvloed wordt. Dit wijst erop, dat het α-tocoferol, opgelost in het meerlagensysteem, zowel als zuurstofwegvanger alsook als remmer van de '15 kettingreactie werkt.

De polarografie-grafieken van de oxidatie van een dis-. persie van alleen lecitine-liposomen, vergeleken met de sojabonenolie-emulsie, zijn weergegeven in fig. 2, welke toont dat de lipiden van de liposomen geoxideerd worden en dat het verschil tussen de twee curven 20 overeenkomt met de oxidatie van de ingesloten sojabonenolie. De peroxide-en anisidine-eindwaarden van de olie, die na 100 seconden uit deze emulsie afgescheiden wordt, zijn resp. ongeveer 20 en 2,0.

Een kwantitatieve bepaling van het antioxidatieve effect, de AE-waarde, werd uitgevoerd zoals beschreven in het genoemde 25 proefschrift van Lignert et al, op basis van de tijd, die nodig was om de helft van het zuurstofgehalte te verbruiken. In fig. 3 is het verband weergegeven tussen de oxidatie van het lipide, uitgedrukt als de AE-waarde, en de α-tocoferol-concentratie, wanneer het antioxidant is opgelost in het lecitine-meerlagensysteem van de emulsies. Het is duidelijk, 30 dat de optimale α-tocoferol-concentratie ongeveer 0,02 gew.% bedraagt. Antioxidant-concentraties van meer dan 0,02 gew.% vertonen een afnemend effect. Toch is er nog een uitgesproken antioxidatieve werking, zelfs bij concentraties van ongeveer 0,1 gew.% tocoferol.

Als men deze resultaten vergelijkt met de concentratie-35 afhankelijkheid van het antioxidatieve effect in emulsies, waarin het a- tocoferol in de olie is opgelost, blijkt het effect in het laatstgenoem- 840 28 6 7 « 7 de geval regelmatig toe te nemen over hetzelfde concentratielnterval, ten minste tot 0,15 gew.%, wanneer de a-tocoferolconcentratie in de olie van de emulsie verhoogd wordt (zie fig. 4). De verklaring hiervoor zou kunnen zijn een opeenhoping van antioxidant aan het grensvlak van de le-5 citine met water boven een bepaalde concentratie in de olie, zodat eveneens een vertragend effect wordt bereikt zoals het geval is wanneer ct-to-r coferol is opgelost in het lecitine-meerlagensysteem.

840 28 6 7

Claims (21)

1. Antioxidantsysteem, bestaande uit een meerlagensys-teem van het lamellaire, vloeibare kristaltype van ten minste één polair lipide, dat een lipofiel en/of amfifiel antioxidant bevat.

2. Antioxidantsysteem volgens conclusie' 1, met het kenmerk, 5 dat het polaire lipide in water oplosbaar of in water dispergeerbaar is.

3. Antioxidantsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het polaire lipide een fosfolipide is.

4. Antioxidantsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het fosfolipide is gekozen uit fosfatidylcholine, fosfatidyl- 10 ethanolamine of het geacetyleerde derivaat daarvan, fosfatidylinositol en de lipo-derivaten van deze verbindingen.

5. Antioxidantsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een mengsel van een polair lipide en een onverzadigd monoglyceride aanwezig is.

6. Antioxidantsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het lipofiele antioxidant is gekozen uit tocoferolen, gebutyleerd hydroxyanisool, gebutyleerd hydroxytolueen, tetrabutylhydroxychinon en gallaten.

7. Antioxidantsysteem volgens conclusie 1, bestaande uit 20 een meerlagensysteem van het lamellaire vloeibare kristaltype, bestaande uit fosfolipiden, waarin tocoferol is ingesloten.

8. Antioxidantsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verhouding van de antioxidant tot het polairé lipide gelegen is tussen 0,0001 : 1 en 4 : 1, bij voorkeur tussen 0,01 : 1 en 1 : 1.

9. Olie- en water-bevattende emulsies, bevattende een olie, die gevoelig is voor oxidatie, en een antioxidantsysteem volgens conclusies 1-8.

10. Olie- en water-bevattende emulsies, met het kenmerk, dat het antioxidantsysteem aanwezig is aan het olie-water-grensvlak.

11. Olie- en water-bevattende emulsies volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de emulsie van het o/w-type is.

12.' Olie- en water-bevattende emulsies volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de emulsie bestaat uit een margarine of een smeersel met een laag vetgehalte. 8402867 ' *

13. Olie- en water-bevattende emulsies volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de hoeveelheid polair lipide 0,1 - 25 gew.% bedraagt, berekend op de totale emulsie.

14. Werkwijze voor de bereiding van het antioxidantsysteem 5 volgens conclusie 1, gekenmerkt door: (a) oplossen van een lipofiele en/of amfifiele antioxidant in een oplosmiddel, (b) toevoegen aan de zo verkregen oplossing van een geschikte hoeveelheid van een polair lipide, opgelost in een oplosmiddel, 10 (c) verdampen van het oplosmiddel uit het mengsel, (d) toevoegen van water of een waterige fase aan het residu en (e) mengen van het mengsel gedurende een periode, die lang genoeg is om zich liposomen te laten vormen.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het oplosmiddel bestaat uit ethanol en/of isopropanol.

16. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat stap (c) uitgevoerd wordt onder een atmosfeer van een inert gas.

17. Werkwijze ter bereiding van emulsies volgens conclusies 20 9-13, gekenmerkt door: (a) oplossen van een lipofiele en/of amfifiele antioxidant in een oplosmiddel, (b) toevoegen aan de zo verkregen oplossing van een geschikte hoeveelheid van een polair lipide, opgelost in een oplosmiddel, 25 (c) verdampen van het oplosmiddel uit het mengsel, (d) toevoegen van water of een waterige fase aan het residu, (e) mengen van het mengsel gedurende een periode, die lang genoeg is om zich liposomen te laten vormen en emulgeren van de 30 onder (e) verkregen liposomale dispersie met een vetfase.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat een o/w-emulsie bereid wordt door de vetfase in de liposomale dispersie te emulgeren.

19. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat. een 35 w/o-emulsie bereid wordt door de liposomale dispersie in de vetfase te emulgeren. 8402867 10. . <r 9

20. Werkwijze volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat margarine en smeersels met een laag vetgehalte bereid worden door een w/o-emulsie dooreen te werken en te koelen.

21. Gebruik van het antioxidantsysteem volgens conclusies 5 1 - 8,voor het. stabiliseren tegen oxidatie van voedingsmiddelen, in het bijzonder voedingsmiddelen, die een water- en-olie bevattende emulsie bevatten. 840 28 6 7 « 9 ¥ - Η - Onderschriften bij de figuren Fig. 1. Verband tussen het zuurstofgehalte in de emulsie en de tijd na toevoeging van de katalysator. De getrokken lijn heeft betrekking op een emulsie zonder tocoferol, de gestippelde lijn op een ^ emulsie met 0,01 gew.% a-tocoferol, opgelost in de olie (berekend op de hoeveelheid emulsie), en de gebroken lijn heeft betrekking op een emulsie met dezelfde hoeveelheid tocoferol, vdór het emulgeren opgelost in het lecitine-meerlagensysteem. Fig. 2. Verband tussen het zuurstofgehalte van het monster en de tijd na toevoeging van de katalysator van een sojabonen-olie-emulsie (de getrokken lijn) in vergelijking met een liposomale dispersie van lecitine in water (de gebroken lijn). De verhouding van lecitine tot water is in beide gevallen dezelfde. Fig. 3. Verband tussen de A.E.-waarde (4) en de toco-^ ferolconcentratie, berekend op de hoeveelheid emulsie, wanneer het tocoferol vóór het emulgeren wordt Opgelost in het lecitine-meerlagensysteem. Fig. 4. Verband tussen de A.E.-waarde (4) en de toco-ferolconcentratie, berekend op de hoeveelheid emulsie, wanneer het tocoferol wordt opgelost in de oliefase van de emulsie. 8402867