Композиции β-каротина с контролируемым цветовым тоном - RU2664579C2

Код документа: RU2664579C2

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к вододиспергируемым композициям, содержащим каротиноиды, в частности β-каротин, а также к использованию указанных композиций для окрашивания пищевых и питьевых продуктов.

Уровень техники

Каротиноиды хорошо известны в качестве пищевых красителей и имеют различные цветовые тона от желтого до красного. Цветовой тон β-каротина, каротиноида, который широко используется в качестве красителя, как правило, находится между желтым и оранжевым.

Одним фактором, который определяет цветовой тон среды, содержащей β-каротин, является физическое состояние β-каротина в масляной или водной фазе носителя. Таким образом, цветовой тон такой среды может значительно варьировать в зависимости от физического пространственного разделения β-каротина в дисперсионной фазе среды, в которой он находится.

Каротиноиды, как класс, имеют относительно низкую химическую стабильность, и это вызывает двойную проблему при их использовании в пищевой промышленности: трудность достижения определенного требуемого цветового тона и трудность для воспроизведения полученных результатов.

При использовании каротиноидов в качестве красителей в пищевой промышленности сталкиваются еще с одной серьезной проблемой, заключающейся в том, что при достижении требуемого цветового тона, указанный цветовой тон часто может изменяться, когда каротиноид или пищевой продукт, окрашенный каротиноидами, подвергается обработке, например, пастеризации.

На предшествующем уровне техники были предложены различные стратегии для решения таких проблем.

В патенте США 5364563 раскрывается новый способ получения порошковых каротиноидных препаратов, в котором суспензия каротиноида в высококипящем масле приводится в контакт с перегретым паром в течение максимального периода времени, составляющего 30 секунд, и затем превращается в эмульсию сжиженного раствора указанного каротиноида в масле, полученного указанным контактированием с перегретым паром в водном растворе коллоида, и затем распылением и высушиванием указанной эмульсии в порошок.

В патенте США 4844934 раскрывается, что вододиспергируемые каротиноидные композиции получают растворением каротиноида в масляном носителе при повышенных температурах до достижения насыщения, быстрым эмульгированием раствора с водным защитным коллоидом, и затем удалением воды, способом, в котором используемый защитный коллоид представляет собой смесь сложного эфира длинноцепочечной жирной кислоты с аскорбиновой кислотой и крахмального продукта, растворенного в холодной воде. Продукт может быть использован для окрашивания пищевых продуктов и устойчив к расслоению.

В патенте США 5968251 раскрывается, что каротиноидные препараты в виде порошков, диспергируемых в холодной воде, получают а) приготовлением молекулярно-дисперсного раствора каротиноида, с или без эмульгатора и/или пищевого масла, в летучем смешивающемся с водой органическом растворителе при повышенной температуре и добавлением в него водного раствора защитного коллоида, после чего гидрофильный компонент растворителя переносят в водную фазу, и гидрофобная фаза приводит к образованию нанодисперсной фазы, b) нагреванием полученного гидрозоля при температуре от 40°С до 90°С, с или без предварительного охлаждения гидрозоля до температуры от 0°С до 30°С, и c) удалением растворителя и воды из нагретого гидрозоля и его превращением в вододиспергируемый сухой порошок.

В патенте США 5976575 раскрывается сухой порошок, содержащий каротиноиды, полученный измельчением смеси каротиноидов и масла с уменьшением размера частиц каротиноида, эмульгированием смеси с инкапсулирующей смесью и высушиванием эмульсии. Инкапсулирующая смесь включает крахмальное инкапсулирующее вещество, сахар и антиоксидант. Полученный вододиспергируемый порошок содержит каротиноиды в высокой концентрации, но защищен от окисления.

Следует отметить, что во всех системах, описанных в вышеуказанных патентах США, масло используется в качестве носителя или в качестве растворителя для каротиноида в процессе производства. Как показано в патенте США 5976575, каротиноиды часто поставляются в виде масляных дисперсий, а не в кристаллической форме для их стабилизации.

Однако ни в одной из публикаций предшествующего уровня техники, раскрывающих сущность и идею изобретения масляных дисперсий, не обеспечивается решение всех трех проблем, которые обсуждались выше, а именно легкого достижения требуемого цветового тона, воспроизведения требуемого цветового тона от партии к партии и сохранения указанного цветового тона в жестких режимах обработки пищевого или питьевого продукта, таких как пастеризация.

С учетом вышеизложенного остается потребность в новом способе получения композиции на основе β-каротина, которая преодолевает вышеуказанные проблемы.

Целью настоящего изобретения является обеспечение такого способа и композиции.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание композиции, которая в дополнение к наличию вышеуказанных преимуществ, также позволяет использовать более низкие концентрации β-каротина для любого определенного цветового тона, чем было возможно с композициями и способами предшествующего уровня техники.

Сущность изобретения

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что смесь дисперсии «жидкость в жидкости», содержащей β-каротин, и дисперсии β-каротина «твердое вещество в жидкости» обеспечивает высоко стабильную красящую композицию. Также они установили, что данная композиция может быть добавлена в жидкой форме в пищевой или питьевой продукт с получением продукта, красящие свойства которого могут быть заранее определены регулированием соотношения дисперсии «жидкость в жидкости» и дисперсии «твердое вещество в жидкости» в красящей композиции. Кроме того, по сравнению с композициями предшествующего уровня техники, требуется значительно меньше β-каротина для получения продукта, имеющего такие же красящие свойства. И, наконец, неожиданно было обнаружено, что данная композиция (как в жидком виде, так и в виде сухого порошка) является стабильной при пастеризации без изменения цветового тона или других красящих свойств.

Таким образом, настоящее изобретение в основном относится к вододиспергируемой красящей композиции, включающей смесь (a) дисперсии β-каротина «твердое вещество в жидкости» с (b) дисперсией β-каротина «жидкость в жидкости», где средний размер частиц в указанной дисперсии «твердое вещество в жидкости» составляет менее чем примерно 600 нм, и где средний размер капель дисперсии «жидкость в жидкости» составляет менее чем примерно 200 нм. Следует отметить, что в большинстве вариантов осуществления красящей композиции по настоящему изобретению β-каротин (или другой каротиноид, такой как лютеин) находится в неинкапсулированной форме. Такое отсутствие инкапсулирования в гидроколлоидных (или других) материалах имеет функциональное значение для композиции, раскрытой в настоящем изобретении, как будет пояснено ниже.

В одном предпочтительном варианте осуществления раскрытой выше композиции средний размер частиц дисперсии «твердое вещество в жидкости» составляет менее чем 400 нм. В еще одном предпочтительном варианте средний размер капель суспензии «жидкость в жидкости» составляет менее чем примерно 120 нм.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления данного аспекта изобретения одна или обе дисперсия «твердое вещество в жидкости» и дисперсия «жидкость в жидкости» могут содержать лютеин или сложный эфир лютеина в дополнение к β-каротину или вместо (т.е. в отсутствие) β-каротина.

β-каротин, лютеин и сложный эфир лютеина, используемые в композициях, методах и способах по настоящему изобретению, представляют любую подходящую их кристаллическую форму, и могут быть получены из природного источника или синтетически.

В одном предпочтительном варианте осуществления красящая композиция находится в жидкой форме. В другом предпочтительном варианте осуществления красящая композиция находится в форме сухого порошка.

В одном предпочтительном варианте осуществления красящей композиции твердое вещество в жидкой дисперсии содержит кристаллы каротиноидов в водной среде, и где указанная водная среда может необязательно дополнительно содержать одно или более поверхностно-активных веществ.

В предпочтительном варианте осуществления красящей композиции дисперсия «жидкость в жидкости» содержит каротиноид, смешанный с маслом, диспергированный в водном растворе, содержащем один или более из сложных эфиров сахара, сапонинов, полиглицериновых эфиров жирных кислот и полиолов.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения красящей композиции, в котором цветовой тон указанной композиции контролируется, включающему стадии:

а) получение дисперсии каротиноида «твердое вещество в жидкости» в жидкой среде, где указанная дисперсия имеет средний размер частиц менее чем 600 нм, и где частицы каротиноида не инкапсулированы в гидроколлоидном (или другом) материале;

b) получение дисперсии каротиноида «жидкость в жидкости» в несмешивающейся жидкой среде, где указанная дисперсия имеет средний размер капель менее чем 200 нм;

c) смешивание указанной дисперсии «твердое вещество в жидкости» с указанной дисперсией «жидкость в жидкости»;

где цветовой тон указанной дисперсии «твердое вещество в жидкости» отличается от цветового тона указанной дисперсии «жидкость в жидкости»,

где цветовой тон указанной композиции контролируется изменением соотношения дисперсии «твердое вещество в жидкости» к дисперсии «жидкость в жидкости» в смеси, полученной на стадии (c), для получения требуемого цветового тона;

и где указанным каротиноидом является β-каротин, лютеин или их смесь.

Согласно дополнительному аспекту настоящее изобретение относится к вододиспергируемой композиции β-каротина, полученной согласно указанному способу.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к применению вододиспергируемой композиции β-каротина по настоящему изобретению в качестве красителя. В одном предпочтительном варианте осуществления данного аспекта композицию β-каротина, полученную раскрытым выше способом, используют в жидкой форме. В другом предпочтительном варианте осуществления воду удаляют из жидкой композиции с получением указанной композиции в форме сухого порошка. Предпочтительно, композиция по настоящему изобретению применяется для окрашивания пищевых продуктов и/или напитков. Однако в еще одних вариантах осуществления композицию также можно использовать для окрашивания других продуктов, включая фармацевтические препараты, такие как капсулы и таблетки.

В еще одном аспекте настоящее изобретение также относится к набору для применения в получении вододиспергируемой композиции β-каротина требуемого цветового тона, содержащему:

а) контейнер с дисперсией β-каротина «жидкость в жидкости», указанная дисперсия имеет средний размер капель менее 200 нм;

b) контейнер с дисперсией β-каротина «твердое вещество в жидкости», указанная дисперсия имеет средний размер частиц менее 600 нм, где β-каротин не инкапсулирован в гидроколлоидном материале;

c) инструкции по смешиванию содержимого двух контейнеров для получения композиции требуемого цветового тона.

В еще одном аспекте настоящее изобретение также относится к пищевому или питьевому продукту, содержащему вододиспергируемую композицию β-каротина по настоящему изобретению.

Следует отметить, что такой же красящий эффект, имеющий те же преимущества, как изложенные выше и описанные более подробно ниже (в отношении смеси двух дисперсий), также можно получить, если две различные дисперсии (то есть дисперсия «жидкость в жидкости» и дисперсия «твердое вещество в жидкости») добавляются по отдельности в пищевой продукт или напиток, предназначенный для окрашивания. Следовательно, настоящее изобретение также относится к способу окрашивания пищевого или питьевого продукта, в котором цветовой тон указанного продукта контролируется, где указанный способ включает стадии:

а) получение дисперсии β-каротина «твердое вещество в жидкости» в жидкой среде, где указанная дисперсия имеет средний размер частиц менее чем 600 нм, и где β-каротин находится в неинкапсулированной форме;

b) получение дисперсии β-каротина «жидкость в жидкости» в жидкой среде, где указанная дисперсия имеет средний размер капель менее чем 200 нм;

c) добавление двух дисперсий, полученных на стадиях (а) и (b), в пищевой или питьевой продукт для окрашивания;

где добавление дисперсий на стадии (с) осуществляют или смешением каждой дисперсии друг с другом до указанного добавления, или альтернативно добавлением по отдельности каждой дисперсии в указанный пищевой или питьевой продукт;

и где цветовой тон указанной композиции контролируется изменением соотношения дисперсии «твердое вещество в жидкости» к дисперсии «жидкость в жидкости», добавленных к пищевому или питьевому продукту на стадии (с), для получения требуемого цветового тона.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Настоящее изобретение относится к новым вододиспергируемым композициям β-каротина, которые, как описано выше, обладают несколькими преимуществами по сравнению с композициями предшествующего уровня техники. В частности, применение двух отдельных дисперсий при получении композиции позволяет точно контролировать цветовой тон и красящие свойства, как указанной композиции, так и конечного пищевого или питьевого продукта, к которому она добавлена. Кроме того, применение жидкой композиции по настоящему изобретению для получения окрашенного пищевого или питьевого продукта позволяет использовать значительно более низкие количества β-каротина для достижения требуемого цветового тона, чем необходимо для достижения требуемого цветового тона при использовании композиций и способов предшествующего уровня техники. При этом было неожиданно обнаружено, что цветовой тон и интенсивность цвета жидких композиций по настоящему изобретению, как правило, на 30-300% выше по сравнению с таким же количеством обычной композиции предшествующего уровня, такой, как растворимая в холодной воде композиция β-каротина (CWS) производства DSM. Наконец, красящие свойства (например, цветовой тон и интенсивность цвета) композиции по настоящему изобретению - используемой в виде жидкости или в виде сухого препарата - являются стабильными, когда продукты, в которые добавлена указанная композиция, подвергаются пастеризации и/или гомогенизации. Взятые по отдельности или вместе вышеуказанные свойства настоящего изобретения являются очень полезными для пищевой промышленности, поскольку они позволяют получить продукт с точно определенными и стабильными красящими свойствами при потенциально более низкой коммерческой стоимости, с учетом более низкого количества каротиноида, необходимого для достижения требуемого цветового тона.

Согласно одному варианту осуществления вододиспергируемая композиция каротиноида по настоящему изобретению используется в качестве пищевого красителя для применения в пищевых продуктах и напитках.

Согласно другому варианту осуществления вододиспергируемый β-каротин по настоящему изобретению может использоваться в качестве фармацевтически приемлемого красителя в производстве лекарственных средств.

Как пояснено выше, красящую композицию, содержащую β-каротин, по настоящему изобретению получают смешиванием двух различных компонентов: (1) дисперсии «жидкость в жидкости», содержащей β-каротин, и (2) дисперсии «твердое вещество в жидкости», содержащей β-каротин.

Жидкость в жидкой дисперсии по настоящему изобретению получают следующим образом: β-каротин подмешивают в масло, такое как масло триглицерида средней цепи (MCT), подсолнечное масло или любое другое пищевое масло и/или модифицированный ферментом лецитин, лизолецитин из соевого, подсолнечного или рапсового масел, со смесью токоферолов или токоферилацетата (ТА) или dl-токоферола. Затем полученную смесь нагревают до температуры в диапазоне примерно от 140°С до 155°С, предпочтительно примерно 150°С с получением раствора β-каротина в масле. Указанный масляный раствор добавляют в водный раствор, содержащий сложный эфир сахара и/или сапонины, и/или эфиры полиглицерина и жирных кислот, и аравийскую камедь, камедь сенегальской акации, и близкие по структуре гидроколлоиды, и сахарозу, или глюкозу, или мальтитозу, и глицерин и/или другие полиолы, которые нагреты до температуры в диапазоне от 80°С до 100°С, предпочтительно примерно 90°С. Объединенную гомогенную смесь и водный раствор гомогенизируют с получением стабильной дисперсии «жидкость в жидкости», содержащей каротиноид. Средний размер капель указанной дисперсии составляет менее 200 нм.

Дисперсию «твердое вещество в жидкости» по настоящему изобретению получают следующим образом: кристаллы β-каротина измельчают до размера менее 1 микрона, предпочтительно 200-400 нм, в глицерин-водной среде вместе с одним или более поверхностно-активными веществами. Используемое поверхностно-активное(ые) вещество(ва) представляет собой любой подходящий вид, в том числе, но не ограничиваясь этим, различные виды сложных эфиров сахарозы, эфиры полиглицерина и жирных кислот и обезжиренный лецитин, например, из сои, подсолнечника, канолы или семян рапса.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что инкапсулирование частиц каротиноидов (в дисперсии «твердое вещество в жидкости») гидроколлоидами, такими как крахмалы, молочный белок, белки овощей и бобовых, полипептиды и тому подобное, приводит к снижению интенсивности цвета в конечной красящей композиции. Например, было установлено, что инкапсулирование β-каротина модифицированным крахмалом и последующая сушка приводит к значительному снижению интенсивности цвета:

композиция, полученная с неинкапсулированным β-каротином:

L=66,5; a=25,1; b=37,5;

композиция, полученная с фазой «твердое вещество в жидкости», содержащая β-каротин, инкапсулированный в модифицированный крахмал:

L=60,2; a=20,4; b=30,6.

Как следует из результатов, представленных выше, инкапсулирование приводит к снижению цветовых координат «а» и «b». Не желая связываться с теорией, авторы полагают, что такое неблагоприятное изменение является результатом снижения прозрачности твердых частиц, то есть маскировкой гидроколлоидной капсулой.

С учетом вышеизложенного, можно отметить, что отсутствие инкапсулирования твердых частиц гидроколлоидами в композиции «твердое вещество в жидкости» является очень важным признаком настоящего изобретения.

Другим ключевым признаком настоящего изобретения является очень небольшие размеры соответственно частиц и капель дисперсий «твердое вещество в жидкости» и жидкость в твердом веществе. Данное уменьшение размера частицы и капель (по сравнению с композициями предшествующего уровня техники) приводит к очень существенному увеличению интенсивности цвета, обеспечивая тем самым большую экономию количества используемого β-каротина (порядка 30-300%). В частности, очень небольшой размер капель, достигнутый в настоящем изобретении, является результатом применения поверхностно-активных веществ в получении композиции.

Во многих предпочтительных вариантах осуществления изобретения масляная фаза композиции «жидкость в жидкости» находится в концентрации более 30% (мас./мас.) от указанной композиции.

В то время как способы для изменения цветового тона вододиспергируемых композиций каротиноидов предшествующего уровня являются химическими способами, такими как изменение соотношения изомеров, настоящее изобретение обеспечивает способы для изменения цветового тона простым изменением соотношения дисперсии «жидкость в жидкости» к дисперсии «твердое вещество в жидкости» в смеси. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения вододиспергируемых композиций β-каротина с определенным размером частиц, смешанных с дисперсией лютеина «жидкость в жидкости» или сложным эфиром лютеина с рекомендуемым размером частиц, используя различные соотношения для обеспечения требуемых цветовых тонов.

Таким образом, методы, способы, композиции и их применения, описанные здесь по отношению к β-каротину, также относятся к смесям указанного β-каротина с лютеином и/или сложным эфиром лютеина, а также к одному лютеину и/или сложному эфиру лютеина (то есть вместо β-каротина), которые, следовательно, находятся в объеме настоящего изобретения. Таким образом, дисперсию одного каротиноида «жидкость в жидкости» (например, β-каротина) смешивают с дисперсией второго каротиноида «твердое вещество в жидкости» (например, лютеина) с последующим удалением воды для получения вододиспергируемой композиции каротиноидов. Цветовой тон, как такой жидкой композиции, так и порошка, контролируется соотношением дисперсии «жидкость в жидкости» к дисперсии «твердое вещество в жидкости».

Следует понимать, что во время обработки, такой как пастеризация, интенсивность цвета обычных порошковых композиций (таких как 10% β-каротин, такой как CWS и CWD, производства DSM) снижается; этого не происходит в случае жидких комбинированных композиций дисперсии «жидкость в жидкости» и дисперсии «твердое вещество в жидкости», полученных по настоящему изобретению. Таким образом, большая экономия количества используемого β-каротина (30-300%) достигается применением композиции по настоящему изобретению.

Примеры

Оборудование для колориметрического измерения:

- ColorQuest XE, HunterLab, USA;

- кювета длиной 1 см для пропускания и 5 см для отражательных отверстий;

- источник света D65;

- контролируемые показатели: цветовая шкала L*a*b* и цветовая шкала L*C*h*. L* представляет светлоту. Максимальное значение L* равно 100, что соответствует идеальному отражающему рассеивателю. Минимальное значение L* равно нулю, что соответствует черному цвету. Оси а* и b* не имеют определенных цифровых пределов. Положительный a* является красным, отрицательный - зеленым. Положительный b* является желтым, отрицательный - синим. Значение C*, хрома, и значение h, угол цветного тона, рассчитываются исходя из а* и b* цветовой шкалы L*a*b*. Общее цветовое различие ΔЕ* является единственным значением, которое учитывает разницу между L*a*b* пробы и эталона.

- C*=√a*²+b*²; h*=arctg b*/a*;

- Для анализа цвета и цветостойкости используют ΔL*, ΔС*, ΔЕ* и ΔН*. Они представляют разницу между пробой и эталоном в L*, С*, E* и h*.

Спектрофотометр с УФ-видимой областью (thermosscintific, Evolution 2001)

- определение поглощения 1 мл указанных разведенных окрашенных напитков в кювете длиной 1 см по сравнению с эталонным неокрашенным таким же указанным напитком в таком же разведении с получением 0,6-0,8 единиц оптической плотности;

- измерение максимума поглощения;

- расчет E1 = (максимум поглощения * коэффициент разведения)/% концентрация цвета в напитке.

Пример 1

Дисперсия «твердое вещество в жидкости»:

1 кг кристаллического β-каротина, 1 кг декаглицерола моноолеата, 2 кг сложного эфира сахара типа PS750, 100 г витамина С и 20 кг воды тщательно перемешивали для получения гомогенной смеси с последующим измельчением в шаровой мельнице. Размер частиц измельченного β-каротина составлял 0,3-0,6 мкм.