基本上不含表面活性剂的亚微米分散体以及利用其的食品增强的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方案一般地涉及用于增强食品（包括饮料）的基本上不含表面活性 剂的亚微米可食用疏水性分散体。
【背景技术】
[0002] 目前将疏水性材料（例如液体、半固体或固体）与亲水性液体组合的实践需要添 加改变疏水性材料和亲水性液体两者的天然性质以使得它们的性质彼此更加相似的试剂。 由于添加剂使得两相的性质趋同，它们具有更大的倾向在商业上可行的周期内保持稳定。 可以用于这些疏水相/亲水相组合的一类重要的添加剂是表面活性试剂（surface-active agent)，其通常被称为"表面活性剂（surfactant) "。这些材料是两亲的，同时具有疏水性 和亲水性。
[0003] 当将一种或更多种这些试剂掺入疏水相或亲水相中，试剂本身将会排列在疏水 相-亲水相界面或者组合物与周围空气之间的界面处。存在于疏水相-亲水相处的力（"界 面张力"）降低，使得两相能够更顺利地共存。同样地，存在于空气-组合物界面处的力（"表 面张力"）也降低。"表面活性剂"的一个特殊的子类被称为乳化剂。当仔细选择时，这样的 乳化剂具有多种表面活性性能。这些材料不仅降低疏水相/亲水相界面处的界面张力，而 且，随着剪切能量的输入，它们使得一个相在另一个相中形成稳定的微滴。所得产物称之为 乳液。在许多情况下，这样的乳液通过将疏水相和亲水相加热至70°C或更高的温度然后将 两相合并来制备。加热相的目的是确保所使用的所有半固体和固体疏水材料熔化，并且两 相具有足够低的粘度以便两相可以自由混合。通常将疏水相和亲水相混合在一起直到它们 达到均匀的外观。此后，将其冷却以确保形成具有适当尺寸的液滴，这些液滴通常在3微米 至10微米的范围内。由于其粒径，这样的乳液通常具有均匀的、不透明的白色外观。
[0004] 尽管在食品行业中使用表面活性剂已经提供了很多益处，但本发明人已经观察到 在食品行业中使用表面活性剂也可能有许多不足之处。例如，虽然许多不同类型的表面活 性剂已经产生了大量的具有所期望性能的食品和饮料，但是本发明人也已经观察到与它们 的使用相关联的一些不期望的问题。这些问题可以产生热力学不稳定的、不可再现的和难 以规模化的乳液。
[0005] 开发传统的基于乳化剂的产品所需要的时间是漫长的。当由于例如供应的问题 或消费者偏好变化对水相或油相作出改变时，通常必须对先前有效的乳化剂共混物作出改 变。这样的改变可能不期望地导致一种或多种美学、性能或保健特性的变化。结果，组合物 的直接稳定性常常受到损害，并且更糟的是，导致的不稳定性可能直到加速稳定性测试的 第二或第三个月才能被认识到。这可能会损害产品的长期保存期。修正需要对配方进行复 杂的通常依靠经验的再平衡。
[0006] 使这些生产和稳定性问题复杂化是加工对批次结果可能产生的影响。乳液稳定性 取决于各种参数，例如用于实现产品期望流变学特性的成分的水结合活性、ζ电势、粒径和 晶体形成。这些参数依赖于油相和水相被加热到的温度、加热速率、当在升高的温度下结合 时两相的混合方法和速率以及冷却速率。大多数乳液需要加热以确保所有较高熔点的材 料（如蜡类和黄油）在适当的相中完全熔化、溶解或分散，或以加速淀粉和其它增稠剂的水 化。
[0007] -些乳液的制备不需要加热，但是这些系统排除使用能为最终产品的口头审美添 加丰富性的较高熔点的材料。此外，如果混合速率高，就有机会使得空气可被包载在乳液 中。这种现象导致产品比重不期望的降低以及产品粘度的增加。加工中的任何可变性可能 导致一系列不期望的流变特性和质地特性。即使配方没有修改，这个问题也可能出现。通 常，如果两个或更多个配方设计师制备相同的产品，所得到的组合物可能差异很大。即使每 个人都使用相同批次的原材料，这种令人惊奇的变化也可能发生。这个令人不安的现象的 发生是因为准确地再现所有的用于制备乳液的加工参数也许是非常难的。如果加工变量以 小的、难以追踪的方式变化，可能出现意想不到的粒径变化，或者乳液的结晶性能可能受到 损害。
[0008] 考虑到这些问题，一个典型的500克至2000克的实验室制备不可以直接转变为生 产环境。此外，用于实验室的设备一般不能很好地模拟工厂使用的设备。通常需要在放大 期间促进这种转变的中间开发阶段。将用于这种中间阶段的一些设备只在一部分尺寸上进 行改造以模拟工厂条件。即便如此，放大的问题大量存在。为了处理放大导致的难以预测 的变化，产品可以经过多种加工变化，以便优化制备条件。通常对在每个放大级别下制备的 产品进行加速稳定性测试，以确保产品在其预期的保存期内的完整性。这些问题增加了将 新产品投入生产的时间和成本。因此，大多数配方设计师倾向于停留在过去的某些行之有 效的方法，从而最大限度地减少独特性和独创性。
[0009] 传统的乳液系统在制备中也造成困难。需要加热和冷却系统、专门的混合设备以 及各种附加的处理装置使得乳液系统的制备成为资本密集型。此外，设备规格和能源需 求将因国而异。这种情况会导致加工变量的改变，从而使得几乎不可能具有真正的"全球 性"的制备协议。加工这类产品所需要的能量可能是昂贵的。同样，通常需要长的批处理 时间。完成乳液的加工可能需要5到24小时或更长，这取决于批量大小和所需的亚阶段 (sub-phase)数目。这种事实需要密集的劳动力，从而增加成本。
[0010] 在表面活性剂介导的过程中，需要高温水或蒸汽来加热批次的各个阶段，这可能 对热敏性疏水剂造成破坏。某些材料的长时间加热可加速疏水剂与乳液中的其它组分或与 空气的反应。例如，不饱和烃（例如植物油）可以氧化，从而导致酸败或不期望的颜色变化。 长时间加热可能降低疏水性营养化合物（例如维生素和抗氧化剂）的效力，以及改变提供 香味的分子。在目前的市场上，消费者不太接受采用非天然的稳定剂（例如，防腐剂、人工 香精或香料、螯合剂和合成的抗氧化剂）来解决这些问题。
[0011] 表面活性剂、防腐剂、螯合剂和其它合成添加剂的存在提高了消费者对安全和健 康的关注。这些材料被认为是人工的和非天然的。它们的纳入产生了加工食品，这些食品 已经与肥胖、糖尿病、致癌性、致畸、关节炎、高血压、动脉硬化和免疫系统受损相关联。由于 这些问题，监管压力和来自消费者积极分子的从供人类消费的组合物去除这类人工试剂的 压力不断上升。
[0012] 食品中存在的乳化剂以及它们形成的超微米粒径的胶束也可能导致次佳的味觉 和有限的质地变化从而产生不太愉快的进食或饮用体验。
[0013] 表面活性剂胶束、纳米球、纳米颗粒、纳米乳液、纳米螺旋体（nanocochleate)、 脂质体、纳米脂质体和其它封装递送系统已被用来解决上述的某些问题。Mozafari等描 述了制备脂质体和纳米脂质体的各种方法（2008，Journal Of Liposomal Research 18: 309-327)，这些脂质体和纳米脂质体是含水环境中的主要由磷脂双分子层构成的封闭、连 续的多孔结构。然而，这些系统包含特定的双层结构或其它封装技术（例如，环糊精包埋或 交联聚碳水化合物封装）。更进一步地，表面活性剂胶束、纳米球、纳米颗粒和纳米乳液含 有使它们达到最终尺寸的乳化剂。此外，这些系统按照惯例和多个管理机构的定义（小于 IOOnm)都被认为是纳米技术，从而产生监管问题。关于在食品中应用纳米技术存在越来越 多的健康和安全担忧。
[0014] 因此，本发明人认为所需要的是基本上不含表面活性剂的疏水剂颗粒的基本上不 含表面活性剂的亚微米分散体。还需要的是具有直径通常超过IOOnm的粒径的亚微米分 散体。另外需要的是当在含水流体中稀释时保持稳定，并且因此更加灵活地用于食品制备 过程中的这样的分散体。所需要的是可以由最终用户在实验室制备或者商业放大制备中以 相同方式使用的分散体浓缩物。所需要的是可以容易地用于饮料中的基本上不含表面活性 剂的亚微米分散体浓缩物。所需要的是疏水剂颗粒的基本上不含表面活性剂的亚微米分散 体，所述疏水剂颗粒如果由疏水剂的给定混合物形成某种尺寸规格是可重现和可重复使用 的。还需要的是可以在最有限的加热下制备的基本上不含表面活性剂的亚微米分散体。所 需要的是与疏水剂的基本上不含表面活性剂的亚微米分散体结合的食品，包括具有改良的 质地、味道、营养价值、气味、外观、易于制备或生产成本的那些。
[0015] 因此，本发明人已提供了有利于增强食品的基本上不含表面活性剂的亚微米脂质 分散体的实施方案，所述脂质分散体克服了以上讨论的一种或更多种问题并提供上述益 处。
[0016] 发明概述
[0017] 本公开内容提供了具有增强稳定性的含有基本上不含表面活性剂之水包油亚微 米分散体的组合物。所述基本上不含表面活性剂之水包油亚微米分散体可应用到食品和/ 或饮料上或者食品和/或饮料中以提高食品或饮料的物理、化学、营养和/或感官特性，以 及防止冷冻灼伤。
[0018] 本公开内容提供了组合物，所述组合物具有含有疏水剂颗粒的油相和含有水和/ 或水混溶性或水溶性物质的水相，例如使所述油相和水相结合并经过处理以形成水包油的 分散体。
[0019] 基本上不含表面活性剂之水包油亚微米分散体中的疏水剂颗粒可具有由所述组 合物的性质和方法所赋予的小的负表面电荷。所述小的负电荷使颗粒彼此因斥力大于聚 结力而互相排斥，并从而提高了所述基本上不含表面活性剂之水包油亚微米分散体的稳定 性。增加斥力超过聚结力的静电能皇（electrostatic barrier)上方的疏水剂颗粒的重量 百分比进一步提高了分散体的稳定性。
[0020] 本文提供了用于增强食品性质的组合物及其制备和使用方法。在一个实施方案 中，提供了用于增强食品的分散体，其包含：可食用疏