PL227367B1 - Spozywcza mikroemulsja stanowiaca nosnik oleju rybiego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest spożywcza mikroemulsja stanowiąca nośnik oleju rybiego oraz będąca półproduktem przeznaczonym do wprowadzenia jej do artykułów spożywczych, celem podwyższenia wartości odżywczej produktów żywnościowych i tym samym podniesienia ich wartości rynkowej.

W emulsji ujawnionej w zgłoszeniu patentowym US2013017295 jako tenzydy stosowane są estry tokoferolu, które mają konsystencję wosku/półstałą, i w związku z tym wymagają ogrzewania w celu rozpuszczenia w fazie wodnej lub zmieszania z fazą olejową (patrz np. przykłady 8-9 zgłoszenia US2013017295).

W zgłoszeniu patentowym CN102552328 ujawniono emulsję zawierającą m.in. emulgator (lecytynę) oraz olej rybi, która może być stosowana w produkcji wyrobów spożywczych, w tym jogurtu.

Olej rybi jest powszechnie uznawany za najlepsze źródło uzupełniania niedoborów kwasu eikozapentaenowego (EPA, C20:5) oraz dokozaheksaenowego (DHA, C22:6) - najbardziej bioaktywnych związków grupy długołańcuchowych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych omega-3 (n-3), niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Stanowi również źródło cennych dla zdrowia witamin A i D, skwalenu oraz alkoksyglicerolu. Dostarczanie z dietą oleju rybiego, pozwala na podwyższenie poziomu DHA oraz EPA i co się z tym wiąże, wpływa na prawidłowy rozwój dzieci oraz utrzymanie dobrego stanu zdrowia dorosłych.

Najszerzej poznaną właściwością oleju rybiego jest jego działanie przeciwzapalne oraz kardioprotekcyjne. Olej ten wywiera korzystny wpływ w profilaktyce oraz leczeniu chorób układu sercowo-naczyniowego, zaburzeń immunologicznych, cukrzycy typu 2, raka okrężnicy, piersi, prostaty oraz wrzodziejącego zapalenia jelita grubego. Może też łagodzić objawy wielu chorób w tym osteoporozy lub reumatoidalnego zapalenia stawów (RZS). Wykazuje korzystne działanie w zapobieganiu otyłości oraz opóźnia proces starzenia. Wpływa na zmniejszenie poziomu trójglicerydów oraz całkowitego cholesterolu we krwi, zapobiega demencji, poprawia koncentrację. Inne doniesienia opisują również pozytywny wpływ suplementacji oleju rybiego u kobiet w ciąży i w okresie laktacji, gdyż może on chronić przed wystąpieniem chorób alergicznych oraz korzystnie wpływać na przebieg snu w okresie niemowlęcym (Judge MP, Cong X, Harel O, Courville AB, Lammi-Keefe CJ., Early Human Development, 2012, 88(7), 531-537; Furuhjelm C., Warstedt K., Fagerias M., Falth-Magnusson K., Larsson J., Fredriksson M., Duchen K., Pediatric Allergy and Immunology, 2011, 22, 505-514; Kremmyda LS., Vlachawa M., Noakes P.S., Diaper N.D., Miles E.A., Calder P.C., A systematic review, Clinical Reviews in Allergy and Immunology, 2011, 41, 36-66; Cleland L.G., James M.J., Proudman S., Arthritis Research & Therapy, 2006, 8, 1-9; Fϋrst P., Kuhn K.S., Clinical Nutrition, 2000, 19, 7-14; Lewis M.D., Bailes J., Military Medicine, 2011, 176, 1120-1127; Marciniak-Łukasiak K., ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 2011, 6 (79), 24-35; Simopoulos A., American Journal of Clinical Nutrition, 1999, 70, 560-569).

Olej rybi wywiera również liczne korzyści w utrzymaniu optymalnego stanu skóry m.in. wykazuje działanie fotoprotekcyjne oraz wzmacnia barierę naskórkową. Podejmowane są również próby zastosowania kwasu EPA i DHA do łagodzenia objawów łuszczycy. Stwierdzono, że 8 tygodniowa suplementacja oleju rybiego, zmniejsza łuszczenie, świąd i rumień oraz ogranicza obszar skóry objętej chorobą (Brittiner S.B., Tucker W.F., Cartwright I., Bleehen SS., The Lancet, 1988, 1, 378-380; Grimminger S., Mayser P., Prostaglandins Leukotrienes and Essential Fatty Acids, 1995, 52, 1-15; Ziboh V.A., Cohen H.A., Ellis C.N., Miller C., Hamilton T.A., Kraqballe K., Hydrick C.R., Voorhees J.J., Archives of Dermatology, 1986, 122, 1277-1282). Wykazano również zmniejszenie ryzyka rozwoju raka płaskonabłonkowego skóry (SCC), związane ze zwiększonym spożyciem kwasów n-3 (Hakim I. A., Harris R. B., Ritenbaugh Ch., Nutrition and Cancer, 2000, 36, 155-162).

Niestety, pomimo licznych właściwości prozdrowotnych oleju rybiego, jego intensywny smak oraz zapach skutecznie zniechęca konsumentów do spożywania go w czystej postaci. Tradycyjna suplementacja również nie znajduje dużego uznania (Kolanowski W., Nutrition Research, 2008, 28, 245-250). Dlatego celowe wydają się próby wprowadzania oleju rybiego do artykułów spożywczych, otrzymując produkty z kategorii żywności funkcjonalnej będące alternatywą dla osób nie spożywających ryb.

Największym problemem związanym z wprowadzeniem oleju rybiego do produktów żywnościowych jest jego wysoka podatność na utlenianie i hydrolizę, co wpływa na zmianę zapachu oraz smaku produktu końcowego. Wrażliwość kwasów n-3 (obecnych w niniejszym oleju) na utlenianie jest

PL 227 367 B1 przy tym kilkaset razy większa niż innych kwasów tłuszczowych. Stąd też konsumenci nie mogą przechowywać zbyt długo produktu spożywczego zawierającego kwasy n-3 po jego otwarciu, aby uniknąć wydzielania się rybiego zapachu powstającego wskutek procesu utleniania. W przypadku produkcji mleka wzbogacanego w kwasy n-3, praktykowane jest dodawanie ich w postaci emulsji, natomiast dodawanie kwasów tłuszczowych omega-3 do jogurtów wymaga stopniowego ich wprowadzania do produktu przed homogenizacją oraz pasteryzacją.

Liczne doniesienia opisują próby utworzenia żywności funkcjonalnej z udziałem czystego oleju rybiego, bez opracowywania dla niego specjalnych nośników. Analizowane były m.in. walory smakowe i zapachowe sporządzonych w ten sposób produktów. Wykazano, że dodatek oleju rybiego nie powoduje znaczących różnic w ich wyglądzie oraz jakości sensorycznej (Kolanowski W., Świderski F., Lis E., Berger S., International Journal of Food Sciences and Nutrition, 52, 2001,469-476, 37; Lovegrove J.A., Brooks C.N., Murphy M.C., Gould B.J., Williams C.M., British Journal of Nutrition, 1997, 78, 223-236, Let M.B., Jacobsen Ch., Meyer A.S., Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2007, 55, 7802-7809; Kolanowski W., Świderski F., Berger S., International Journal of Food Science and Nutrition, 1999, 50, 39-49). Pozostaje jednak pytanie jaki jest faktyczny wpływ obecności czystego oleju w żywności na ich stabilność w czasie przechowywania.

Podjęto próby opracowania specjalnych formulacji na bazie oleju rybiego, w większości opartych na sporządzeniu emulsji lub mikrokapsułkowania niniejszego oleju. Zwraca się jednak uwagę, że mikrokapsułki, których otoczka zbudowana jest z żelatyny, po wprowadzeniu do napojów lub produktów mlecznych, mogą ulec rozpuszczeniu, tracąc swoje właściwości. Trudności może stanowić dobór odpowiedniego materiału otoczkującego, którego rodzaj istotnie wpływa na stabilność mikrokapsułek. Wymaga się, aby otoczka skutecznie chroniła rdzeń mikrokapsułki przed szkodliwym działaniem czynników środowiskowych, jednocześnie nie reagując ze składnikami żywności i nie wpływając na zapach oraz smak produktu końcowego. W przypadku mikrokapsułkowania olejów dużym ograniczeniem jest również nasilenie ich charakterystycznego zapachu i smaku w trakcie przechowywania, co w rezultacie wpływa na skrócenie okresu przydatności do spożycia.

Znane są również mikroemulsje stanowiące termodynamicznie stabilne układy dyspersyjne fazy olejowej i wodnej, w których jeden lub więcej tenzydów/kotenzydów służy do ich przeprowadzenia w układ makroskopowo jednofazowy. Średnica cząstek fazy rozproszonej mikroemulsji, wynosi poniżej 140 nm. Dla porównania wielkość cząstek w makroemulsji wynosi zazwyczaj >1 μm. Tak niewielki rozmiar cząstek warunkuje przejrzystość układów mikroemulsyjnych, ponieważ długość fali światła widzialnego (400 nm - 700 nm) jest większa, przez co padające promienie światła białego nie ulegają załamaniu przechodząc przez mikroemulsję. Zmniejszenie średnicy cząstek do rozmiarów wyrażonych w nanometrach pozytywnie wpływa na stabilność termodynamiczną mikroemulsji. Stabilność ta wynika głównie z bardzo niskiego napięcia na granicy faz olej - woda, które wynosi < 10^-3 mN/m. Niska wartość napięcia powierzchniowego osiągana jest przez zastosowanie tenzydów i kotenzydów. Ułatwia to mieszanie składników hydrofilowych z lipofilowymi, dzięki czemu nie obserwuje się rozdziału faz, a sam proces tworzenia mikroemulsji zachodzi spontanicznie przy braku lub bardzo niskim udziale energii mechanicznej.

Uważa się, że proces mikrokapsułkowania nie zapewnia tak wysokiej biodostępności substancji aktywnych jak układy mikroemulsyjne.

Z kolei przewaga mikroemulsji nad makroemulsjami wynika ze spontanicznego wzajemnego przenikania obszarów hydrofilowych i hydrofobowych, a nie jak w makroemulsjach wyraźnie oddzielonych kropli fazy wewnętrznej oraz zewnętrznej. Istotną różnicą jest również stabilność obu układów. Makroemulsje są układami niestabilnymi. Najczęstszymi objawami ich niestabilności są następujące zjawiska: śmietankowanie, flokulacja, koalescencja, rozdział faz. Natomiast mikroemulsje charakteryzują się wysoką stabilnością. Dodatkowo zapewniają ochronę przed hydrolizą oraz utlenianiem substancji czynnych. Zaletą mikroemulsji uzasadniającą zastosowanie tych układów w produktach żywnościowych jest ich przezroczystość. W porównaniu do mlecznych makroemulsji, jest to cecha korzystna ze względów estetycznych oraz pomocna m.in. w kontroli jakości produktów żywnościowych. W porównaniu z tradycyjną emulsją, układy mikroemulsyjne odznaczają się również znacznie mniejszą wielkością cząstek, co ma duże znaczenie dla poprawy dostępności biologicznej oraz ułatwienia wchłaniania substancji aktywnych.

Trudnością aplikacyjną układów mikroemulsyjnych jest natomiast konieczność zastosowania wysokiego stężenia tenzydów, które po przekroczeniu określonego granicznego stężenia, stają się toksyczne i mogą wywoływać działanie drażniące.

PL 227 367 B1

Problem opracowania formulacji na bazie oleju rybiego, zapewniającej jego stabilność oraz neutralizującej intensywny smak i zapach oleju pozostaje wciąż otwarty, ponieważ istotne jest zoptymalizowanie zawartości oleju rybiego przy jednoczesnym ograniczeniu do niezbędnego minimum substancji pomocniczych.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie takiej formy oleju, by wprowadzony do żywności nie wpływał istotnie na jego walory sensoryczne i długoterminową stabilność przechowywania. Kolejnym celem wynalazku jest opracowanie optymalnego składu i postaci formulacji spożywczej zawierającej olej rybi, zarówno pod względem jakościowym jak i ilościowym, tak aby uzyskać stabilną formę oleju rybiego jako substancji biologicznie czynnej.

Pożądane jest również znalezienie odpowiedniego artykułu spożywczego, który wzbogacony o niniejszy wynalazek zyska większą wartość odżywczą przy jednoczesnym zachowaniu akceptowalnych walorów smakowych.

Przedmiotem wynalazku jest spożywcza mikroemulsja stanowiąca nośnik oleju rybiego charakteryzująca się tym, że posiada skład kompozycji złożonej z 42,9 gramów monooleinianu polioksyetylenosorbitolu, 10,0 gramów oleju rybiego oraz 80,0 gramów wody destylowanej.

Mikroemulsja według wynalazku zawiera tylko jeden tenzyd. Nośnikiem dla oleju rybiego jest układ mikroemulsyjny, który umożliwia utrzymanie jego stabilności. Korzystnie w skład użytego oleju rybiego wchodzi nie mniej niż 70% DHA oraz nie mniej niż 17% EPA. Spożywcza mikroemulsja według wynalazku nie zawiera kotenzydu i/lub współrozpuszczalnika, a jej przezroczystość nie wpływa na wygląd końcowego produktu. Produkt zawierający formulację z mikroemulsją według wynalazku odznacza się akceptowalnym smakiem. Wygląd oraz zapach pozostaje bez zmian. Wynalazek pozwala na poprawę trwałości oraz walorów sensorycznych produktów żywnościowych wzbogaconych w olej rybi. Ujawniony jadalny układ mikroemulsyjny charakteryzuje się nowym ulepszonym składem dobranym pod kątem możliwości zastosowania tworzonych z jego udziałem formulacji w przemyśle spożywczym. Uzyskiwana zgodnie z wynalazkiem mikroemulsja spożywcza jest formulacją pozwalającą na zdyspergowanie względnie dużej ilości wody w oleju. Koszt sporządzenia emulsji według omawianego wynalazku jest stosunkowo niewielki i ogranicza się głównie do zakupu surowców, bez konieczności użycia specjalistycznych urządzeń, poza ogólnie stosowanymi. Optymalny jadalny układ mikroemulsyjny uzyskano poprzez dobór pod względem jakościowym i ilościowym tenzydu i faz układu, oraz poprzez ustalenie kolejności dodawania składników. Założeniem było wprowadzenie najlepszej formulacji do produktów chętnie spożywanych przez konsumentów, tak aby rodzaj wzbogacanego produktu nie stanowił ograniczenia, lecz zachęcał do jego konsumpcji.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest zastosowanie zdefiniowanej powyżej mikroemulsji do wytwarzania suplementów diety lub żywności funkcjonalnej. Korzystnie, wytwarzany produkt jest produktem mlecznym, zwłaszcza jogurtem.

Wynalazek stwarza możliwość zwiększenia spożycia kwasów EPA i DHA bez radykalnej zmiany nawyków żywieniowych. Założono, że istnieje możliwość uzupełnienia diety w kwasy EPA i DHA poprzez regularne stosowanie nowoopracowanego produktu spożywczego. Niniejszy wynalazek ma stanowić dodatek do żywności jako środek wspomagania pielęgnacji i ochrony skóry. Dzięki licznym prozdrowotnym właściwościom stanowić może również alternatywę dla tradycyjnych suplementów diety przeznaczonych do stosowania w profilaktyce otyłości, cukrzycy typu 2 lub zaburzeń immunologicznych. Ciekawym potencjalnym zastosowaniem żywności funkcjonalnej, zawierającej niniejszy wynalazek, może być również spożywanie tych produktów w celu zmniejszenia podatności na stres, zapobieganie depresji, demencji lub łagodzenie objawów zespołu nadpobudliwości psychoruchowej u dzieci (ADHD).

Metoda otrzymywania mikroemulsji według wynalazku:

Procedura sporządzania mikroemulsji według niniejszego wynalazku jest prosta i praktyczna. Istotne jest tu zachowanie odpowiedniej kolejności dodawania składników. Sposób wytwarzania układów mikroemulsyjnych według wynalazku, odbywa się w temperaturze pokojowej i obejmuje następujące etapy:

1) Przygotowanie fazy olejowej. Etap może być wykonany przez zmieszanie składników fazy olejowej np. oleju rybiego i rozpuszczalnika lipofilowego np. estrów kwasu oleinowego przy użyciu mieszadła mechanicznego. Jeśli w skład formulacji nie wchodzą estry kwasu oleinowego etap 1 pomija się.

2) Dodawanie tenzydu, dopuszczalnego do użytku w żywności, do fazy olejowej. W tym celu monooleinian polioksyetylenosorbitolu należy mieszać z fazą olejową (pkt. 1).

PL 227 367 B1

Mieszanie przy zastosowaniu wolnoobrotowego mieszadła mechanicznego należy prowadzić do uzyskania jednorodnego układu.

3) Stopniowe dodawanie wody do bezwodnej mikroemulsji. W tym celu wodę do układu opisanego w pkt. 2 należy dodawać porcjami, odmierzanymi np. przy użyciu pompy perystaltycznej, ciągle mieszając.

P r z y k ł a d 1 (porównawczy)

Do 14,3 gramów 60% roztworu oleju rybiego w rozpuszczalniku lipofilowym np. oleinianie etylu dodaje się 85,7 gramów monooleinianu polioksyetylenosorbitolu. Następnie do tej mieszaniny dodaje się stopniowo 160,0 gramów wody destylowanej.

Otrzymuje się płynny układ emulsyjny o średnicy kropli fazy wewnętrznej poniżej 140 nm.

P r z y k ł a d 2 (porównawczy)

Do 14,3 gramów 60% roztworu oleju rybiego w rozpuszczalniku lipofilowym np. oleinianie etylu dodaje się 42,9 gramów monooleinianu polioksyetylenosorbitolu. Następnie do tej mieszaniny dodaje się stopniowo 80,0 gramów wody destylowanej.

Otrzymuje się płynny układ emulsyjny o średnicy kropli fazy wewnętrznej poniżej 150 nm.

P r z y k ł a d 3 (porównawczy)

Do 14,3 gramów 60% roztworu oleju rybiego w rozpuszczalniku lipofilowym np. oleinianie etylu dodaje się 20,0-25,0 gramów monooleinianu polioksyetylenosorbitolu. Do tej mieszaniny dodaje się stopniowo 160,0 gramów wody destylowanej.

Otrzymuje się płynny układ emulsyjny o średnicy kropli fazy wewnętrznej powyżej 900 nm.

P r z y k ł a d 4 (porównawczy)

Do 20,0 gramów 70% roztworu oleju rybiego w rozpuszczalniku lipofilowym np. oleinianie etylu dodaje się 80,0 gramów monooleinianu polioksyetylenosorbitolu. Do tej mieszaniny dodaje się stopniowo 100,0 gramów wody destylowanej.

Otrzymuje się przezroczysty stały układ emulsyjny.

P r z y k ł a d 5

42,9 gramów monooleinianu polioksyetylenosorbitolu dodaje się do 10,0 gramów oleju rybiego. Do tej mieszaniny dodaje się stopniowo 80,0 gramów wody destylowanej.

Otrzymuje się płynny układ emulsyjny o średnicy kropli fazy wewnętrznej poniżej 150 nm.

P r z y k ł a d 6 (porównawczy)

Do 11,1 gramów 80% roztworu oleju rybiego w rozpuszczalniku lipofilowym np. oleinianie etylu dodaje się 88,9 gramów monooleinianu polioksyetylenosorbitolu. Do tej mieszaniny dodaje się stopniowo 80,0 gramów wody destylowanej.

Otrzymuje się półstały układ emulsyjny, który po czasie ulega zestaleniu.

P r z y k ł a d 7 (porównawczy)

Do 2,0 gramów 15% roztworu oleju rybiego w rozpuszczalniku lipofilowym np. oleinianie etylu dodaje się 18,0 gramów palmitynianu sacharozy. Do tej mieszaniny dodaje się stopniowo 50,0 gramów wody destylowanej.

Otrzymuje się płynny układ emulsyjny o średnicy kropli fazy wewnętrznej powyżej 900 nm.

P r z y k ł a d 8

Mikroemulsje otrzymane w przykładach 1-5 poddano próbom mającym na celu analizę ich stabilności. Oceny tej dokonano na podstawie wizualnych obserwacji próbek przechowywanych zarówno w temperaturze pokojowej jak i w lodówce w temperaturze + 9°C. Obserwacje prowadzono kolejno po 24 h, 48 h, 7, 14, 30 dniach od ich sporządzenia. Stabilność formulacji sprawdzono również za pomocą testu wirówkowego (3000 obr./min przez 10 min). Wszystkie analizowane formulacje były jednorodne, nie stwierdzono rozdziału faz.

W dalszym etapie badań analizowano wpływ dodatku mikroemulsji do jogurtów o różnym smaku na stabilność oraz smak i zapach produktu końcowego. W tym celu mieszano 15,0 gramów jogurtu oraz od 0,5 do 1,0 grama mikroemulsji. Szczelnie zamknięte próbki przechowywano w temperaturze + 9°C przez 7 dni. Po okresie przechowywania nie stwierdzono negatywnego wpływu mikroemulsji na właściwości organoleptyczne jogurtu.

Nowoopracowany produkt żywnościowy przetestowano pod kątem jego walorów sensorycznych. Przeprowadzony test konsumencki wykazał możliwość wzbogacenia jogurtu o formulacje mikroemulsyjne.

Claims (3)

1. Spożywcza mikroemulsja stanowiąca nośnik oleju rybiego, znamienna tym, że posiada skład kompozycji złożonej z 42,9 gramów monooleinianu polioksyetylenosorbitolu, 10,0 gramów oleju rybiego oraz 80,0 gramów wody destylowanej.

2. Zastosowanie mikroemulsji określonej w zastrz. 1 do wytwarzania suplementów diety lub żywności funkcjonalnej.

3. Zastosowanie według zastrz. 2, znamienne tym, że wytwarzany produkt jest produktem mlecznym, zwłaszcza jogurtem.