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CN111988999B - 色素负载的固体脂质纳米颗粒 - Google Patents

色素负载的固体脂质纳米颗粒 Download PDF

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CN111988999B CN201980026960.6A CN201980026960A CN111988999B CN 111988999 B CN111988999 B CN 111988999B CN 201980026960 A CN201980026960 A CN 201980026960A CN 111988999 B CN111988999 B CN 111988999B
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Abstract

提供了固体脂质纳米颗粒(SLN)及其在水相中的悬浮液，其中SLN具有高含量的油溶性色素和高稳定性。还提供了包含所述SLN的食品，例如饮料。

Description

色素负载的固体脂质纳米颗粒
技术领域
提供了固体脂质纳米颗粒(SLN)，其中所述纳米颗粒包含油溶性色素和高熔点脂质。还提供了在水相中包含这样的SLN的悬浮液。
背景技术
天然色素，例如类胡萝卜素和叶绿素在光、热或氧的存在下通常是不稳定的。另外，这样的色素倾向于不溶于水，并且当在水性环境中例如在食品中使用这样的色素时，通常需要稳定基质制剂。
固体脂质纳米颗粒(SLN)是基于小的球形颗粒的制剂。SLN包含具有脂质核的活性物质，并且通常使用一种或多种表面活性剂来提高其在水相中的稳定性和分散性。
包含胡萝卜素的SLN从例如Helgason等人.J.Agric.Food.Chem.2009,57,8033-8040和Gutiérrez等人.Trends in Food Science&Technology,32(2013)73-83中得知。
色素的光敏性质意味着，SLN中色素浓度的增加会导致SLN内光能的吸收和浓度增加。这可能转而导致色素和/或SLN的降解，参见例如Helgason等人如前所述的。已知的含色素的SLN制剂通常具有低色素浓度。
因此，含色素的SLN的一个特别的问题是实现SLN中的色素浓度的提高，而同时保持稳定性。增加色素浓度允许SLN的制备和使用中的节省，因为可以使用更少的SLN在例如食品中实现相同的着色效果。此外，SLN本身应在水性环境中形成稳定的水性悬浮液。
本技术旨在解决含色素的SLN中的这样的问题。
发明内容
因此，在第一方面，提供了固体脂质纳米颗粒(SLN)，其包含：
a.核，其包含：
i.熔点高于40℃的脂质，和
ii.油溶性色素；
b.双表面活性剂系统，其包含：
i.聚山梨醇酯，和
ii.磷脂，
其中所述双表面活性剂系统中的聚山梨醇酯:磷脂(i:ii)的比例为10∶1至1∶10，并且色素的量为所述SLN的5-40％w/w。
在另一方面，提供了在水相中包含如本文所定义的所述固体脂质纳米颗粒(SLN)的悬浮液。
在又一方面，提供了用于制备根据如本文所述的固体脂质纳米颗粒(SLN)的悬浮液的方法，所述方法包括以下步骤：
A.提供液体油相，其包含(a)熔点高于40℃的脂质；和(b)油溶性色素，并加热所述液体油相以便于溶解所述油溶性色素；
B.提供包含双表面活性剂系统(c)的水相，所述双表面活性剂系统(c)包含(i)聚山梨醇酯，和(ii)磷脂，使得聚山梨醇酯:磷脂(i:ii)的比例为10∶1至1∶10；
C.在高剪切混合器中将来自步骤A.的所述液体油相与来自步骤B.的所述水相混合以产生乳液；
D.使来自步骤C的乳化混合物通过均质器；
E.冷却来自步骤D的均质混合物，从而提供固体脂质纳米颗粒(SLN)的悬浮液。
提供了悬浮液，其在单一水相中包含第一固体脂质纳米颗粒(SLN-1)和第二固体脂质纳米颗粒(SLN-2)，其中SLN-1和SLN-2中的每一种如本文所述，并且其中SLN-1和SLN-2每一种中的油溶性色素不同。
提供了食品，优选饮料，其包含如本文所述的固体脂质纳米颗粒。
还提供了如本文所述的固体脂质纳米颗粒在食品例如饮料中作为着色剂的用途。
具体实施方式
提供了固体脂质纳米颗粒(SLN)，其在食品例如饮料中具有特殊用途。
在本发明的上下文中，SLN在25℃下为固体，并且优选具有小于300nm的粒径。粒径定义为通过动态光散射测量的Z平均值。
第一方面，提供了包含(a)核和(b)双表面活性剂系统的固体脂质纳米颗粒(SLN)。已经发现具有特定组成的SLN(尤其是具有特定双表面活性剂系统的那些)具有比其他组成改善的稳定性。
所述SLN的核(a)包含(i)熔点高于40℃的脂质，和(ii)油溶性色素。在制备过程中，将脂质和油溶性色素的混合物一起加热，以使色素溶解在脂质中。因此，色素均匀地掺入脂质中。在脂质固化时，色素保持非晶态。
脂质是SLN核的主要成分，并且通常存在的量为所述SLN的30至70％w/w，优选40至65％w/w，更优选45至65％w/w。脂质通常是饱和脂质，并且可以是但不限于完全饱和甘油三酯，例如完全氢化葵花油、完全氢化菜籽油、完全氢化棕榈油或完全氢化大豆油。脂质优选具有高于40℃，例如高于45℃，例如高于50℃的熔点。此外，脂质优选具有低于100℃，例如低于98℃，例如低于95℃，例如低于85℃，例如低于75℃的熔点。
油溶性色素是SLN核的次要成分，并且存在的量为所述SLN的5至40％，例如5至25％w/w，优选5至20％w/w。可用于本技术中的油溶性色素是天然存在的油溶性色素，例如类胡萝卜素或叶绿素。具体的类胡萝卜素包括α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、番茄红素、叶黄素、胭脂树素和降胭脂树素。其中优选β-胡萝卜素。
所述SLN的双表面活性剂系统(b)位于SLN的表面，并且起到稳定SLN和确保其在水性体系中的可混溶性的作用。双表面活性剂系统(b)的存在量为所述SLN的20至70％w/w，25至75％w/w，25至50％w/w，合适地为30至40％w/w。
双表面活性剂系统(b)包含(i)聚山梨醇酯，和(ii)磷脂，并且所述双表面活性剂系统中的聚山梨醇酯:磷脂(i:ii)的比例为10∶1至1∶10。在具体实施方案中，该比例为5∶1至1∶5，例如4∶1至1∶4，例如2∶1至1∶2。适合地，聚山梨醇酯和磷脂组分以相等的量存在，或存在过量的聚山梨醇酯。适合地，因此，所述双表面活性剂系统中的聚山梨醇酯:磷脂(i:ii)的比例为10∶1至1∶1。在具体实施方案中，该比例为5∶1至1∶1，例如4∶1至1∶1，例如2∶1至1∶1。作为供选择的方案，所述双表面活性剂系统中的聚山梨醇酯:磷脂(i:ii)的比例为1∶1至1∶10。在具体实施方案中，该比例为1∶1至1∶5，如1∶1至1∶2。
聚山梨醇酯是基于被脂肪酸酯化的乙氧基化脱水山梨糖醇的乳化剂。通常，所述聚山梨醇酯是聚山梨醇酯80，尽管可以使用其他聚山梨醇酯，例如聚山梨醇酯60、聚山梨醇酯40和聚山梨醇酯20。
根据一个具体实施方案的磷脂选自向日葵卵磷脂、大豆卵磷脂、棉籽卵磷脂、油菜籽卵磷脂或蛋黄卵磷脂。
SLN另外包含抗氧化剂，合适地为生育酚，例如α-生育酚。抗氧化剂存在的量可以为所述SLN的1-10％(例如约5％)w/w。与其他SLN相比，这样的SLN具有改善的稳定性。
根据该技术的SLN适合地具有通过动态光散射测量的100-150nm的平均粒径。粒径根据实施例中定义的方法确定，并从Z-平均(平均粒径)和PDI(多分散指数)的角度提供。
在第二方面，提供了在水相中包含如本文所述的固体脂质纳米颗粒(SLN)的悬浮液。
已经发现，有可能用本发明的特定SLN制备具有高脂质和色素含量的悬浮液。为了将SLN悬浮液用作食物着色添加剂，必须具有高浓度的色素。如果浓度<1％，则为了获得着色性能而向产品中的需要的悬浮液的添加将太高，以至于最终产品即在食品应用中会产生异味和组成变化的问题。利用本发明，有可能使悬浮液中的色素含量达到高于1％w/w，从而使其在色彩产业中令人感兴趣。同时，增加悬浮液中色素的净含量也限制了需要生产和运输的产品的净含量，从而使生产更容易且更经济可行。
合适地，该悬浮液由在水相中的如本文所定义的SLN组成；即不存在其他组分。
就每种组分的量而言，悬浮液可以包含：
i.熔点高于40℃的脂质，其量为总悬浮液的10-35％w/w；和
ii.油溶性色素，其量为总悬浮液的1-20％w/w；
iii.双表面活性剂系统，其量为总悬浮液的1-25％w/w。
熔点高于40℃的脂质通常存在的量为总悬浮液的10至35％，优选10至20％w/w，更优选14至18％w/w。
磷脂通常存在的量为悬浮液的0.2至10％，0.5至8％，1至7％，1至6％w/w，优选1至5％w/w。
聚山梨醇酯通常存在的量为1至20％w/w，例如2至15％例如5至10％。
油溶性色素通常存在的量为所述悬浮液的1至20％w/w，1至10％，优选1至5％w/w。
悬浮液中每种组分的量以总悬浮液的w/w％给出。包括所有组分后的悬浮液的剩余重量由水补足。
所述悬浮液的水相优选包含pH调节剂，使得悬浮液的pH为5或更小，优选为3或更小。pH调节剂的添加还改善了微生物稳定性。
水相还可以包含食品防腐剂，例如山梨酸盐，特别是山梨酸钾。其他添加剂可以是碳水化合物，例如葡萄糖浆、葡萄糖或糖，或有机酸，抗氧化剂和抗菌剂。
本文提供的SLN可以与一种或多种另外的色素混合使用。这样的另外的色素可以是结晶形式。在一个具体方面，着色组合物可以包含如本文所定义的SLN悬浮液，以及用乳化剂或水胶体稳定的平均粒径低于3微米的类胡萝卜素晶体的悬浮液。如果本文定义的SLN悬浮液中的色素是胡萝卜素，则该悬浮液将具有黄色至橙色的色度。如果结晶色素也是胡萝卜素，则晶体将具有橙色至淡红色的色度。通过将SLN悬浮液与晶体混合，有可能产生任何橙色色度。在具体实施方案中，胡萝卜素是β-胡萝卜素。
本文提供的SLN可混合使用，其中在相同水相中的不同SLN包含不同的色素。因此，在第三方面，提供了在单一水相中包含第一固体脂质纳米颗粒(SLN-1)和第二固体脂质纳米颗粒(SLN-2)的悬浮液。SLN-1和SLN-2中的每一种如本文所定义；但是，SLN-1和SLN-2中的每一种的油溶性色素不同。如果两种色素的可见吸收光谱不同，则称为“不同”。以这种方式，具有不同色素的SLN可以用作结构单元，以提供期望的混合色素。
还提供了包含如本文所定义的固体脂质纳米颗粒的食品、动物饲料、化妆品或药品。该技术的SLN特别适用于液体食品，优选饮料。
本技术的另一方面是如文所述的固体脂质纳米颗粒在食品(例如饮料)，动物饲料、化妆品或药品中作为着色剂的用途。
还提供了一种制备固体脂质纳米颗粒(SLN)的悬浮液的方法。该方法包括以下通用步骤：
A.提供液体油相，其包含(a)熔点高于40℃的脂质；和(b)油溶性色素；并加热所述液体油相以溶解所述油溶性色素；
B.提供包含双表面活性剂系统(c)的水相，所述双表面活性剂系统(c)包含(i)聚山梨醇酯，和(ii)磷脂，使得聚山梨醇酯:磷脂(i:ii)的比例为10∶1至1∶10；
C.在高剪切混合器中将来自步骤A.的所述液体油相与来自步骤B.的所述水相混合以产生乳液；
D.使来自步骤C的乳化混合物通过均质器；
E.冷却来自步骤D的均质混合物，从而提供固体脂质纳米颗粒(SLN)的悬浮液。
实施例
测量粒径的方法：
使用10mm聚苯乙烯比色杯，使用动态光散射(Zetasizer Nano ZS,MalvernInstruments Ltd,UK)测定脂质粒径。基于1.59的折射率进行计算。Z-平均值(Z-ave)是指平均粒径，PDI是指多分散指数。
β-胡萝卜素含量的测定方法：
如下测定颗粒中β-胡萝卜素的含量：
将该混合物用水稀释至β-胡萝卜素浓度为约0.06mg/mL。然后将该溶液在丙酮中稀释50倍。使用常规的Vis分光光度计(VWF V-3000PC)测量样品浓度。β-胡萝卜素的含量是使用在454nm下的延伸系数E1％ 1cm,2559计算的。
实施例1：
在烧杯A中，将80.0g完全氢化葵花油和5.0gα-生育酚混合并加热到165℃。加入15.0g结晶β-胡萝卜素并溶解。在烧杯B中，将40.0g聚山梨醇酯80和10.0g向日葵卵磷脂溶解在348.0g软化水中，并加热至80℃。使用高剪切混合器以20.000RPM混合烧杯A和B。然后在保持在80℃下的同时，使混合物在800巴的压力下通过双阀均质器6次。然后在搅拌(150rpm)下将均质混合物冷却至25℃。加入0.50g山梨酸钾，并用柠檬酸将pH调节至3.00以下。
使用动态光散射测定粒径。Z-ave＝144.9nm,PDI＝0.183。粒径在两个月期间内稳定。
表1-实施例1的粒径随时间的变化
Figure BDA0002732554870000081
浓度测定为2.41％w/w。
实施例2：
在烧杯A中，将70.0g完全氢化葵花油和5.0gα-生育酚混合并加热到165℃。加入25.0g结晶β-胡萝卜素并溶解。在烧杯B中，将40.0g聚山梨醇酯80和10.0g向日葵卵磷脂溶解在348.0g软化水中，并加热至80℃。使用高剪切混合器以20.000RPM混合烧杯A和B。然后在保持在80℃下的同时，使混合物在800巴的压力下通过双阀均质器6次。然后在搅拌(150rpm)下将均质混合物冷却至25℃。加入0.50g山梨酸钾，并用柠檬酸将pH调节至3.00以下。
使用动态光散射测定粒径。Z-平均＝167.6nm,PDI＝0.212。粒径在两个月期间内稳定。
表2-实施例2的粒径随时间的变化
Figure BDA0002732554870000082
β-胡萝卜素浓度测定为4.30％w/w。
实施例3：
在烧杯A中，将90.0g完全氢化葵花油和5.0gα-生育酚混合并加热到165℃。加入5.0g结晶β-胡萝卜素并溶解。在烧杯B中，将40.0g聚山梨醇酯80和10.0g向日葵卵磷脂溶解在348.0g软化水中，并加热至80℃。使用高剪切混合器以20.000RPM混合烧杯A和B。然后在保持在80℃下的同时，使混合物在800巴的压力下通过双阀均质器6次。然后在搅拌(150rpm)下将均质混合物冷却至25℃。加入0.50g山梨酸钾，并用柠檬酸将pH调节至3.00以下。
使用动态光散射测定粒径。Z-ave＝122.8nm,PDI＝0.171。粒径在两个月期间内稳定。
表3-实施例3的粒径随时间的变化
Figure BDA0002732554870000091
β-胡萝卜素浓度测定为0.92％w/w。
实施例4：
在烧杯A中，将80.0g完全氢化葵花油和5.0gα-生育酚混合并加热到165℃。加入15.0g结晶β-胡萝卜素并溶解。在烧杯B中，将25.0g聚山梨醇酯80和25.0g向日葵卵磷脂溶解在348.0g软化水中，并加热至80℃。使用高剪切混合器以20.000RPM混合烧杯A和B。然后在保持在80℃下的同时，使混合物在800巴的压力下通过双阀均质器6次。然后在搅拌(150rpm)下将均质混合物冷却至25℃。加入0.50g山梨酸钾，并用柠檬酸将pH调节至3.00以下。
使用动态光散射测定粒径。Z-ave＝153.3nm±1.65,PDI＝0.192.
浓度测定为2.84％w/w。
实施例5：
在烧杯A中，将92.5g完全氢化葵花油和5.0gα-生育酚混合并加热到165℃。加入2.50g结晶β-胡萝卜素并溶解。在烧杯B中，将40.0g聚山梨醇酯80和10.0g向日葵卵磷脂溶解在348.0g软化水中，并加热至80℃。使用高剪切混合器以20.000RPM混合烧杯A和B。然后在保持在80℃下的同时，使混合物在800巴的压力下通过双阀均质器6次。然后在搅拌(150rpm)下将均质混合物冷却至25℃。加入0.50g山梨酸钾，并用柠檬酸将pH调节至3.00以下。
使用动态光散射测定粒径。Z-ave＝119.9nm,PDI＝0.150。粒径在两个月期间内稳定。
表4-实施例5的粒径随时间的变化
Figure BDA0002732554870000101
浓度测定为0.449％w/w。
应用实施例：
在软饮料培养基中测试实施例1的产品。将产品分散在软饮料培养基中，使总β-胡萝卜素浓度为约0.2g/L。通过将软饮料暴露于92℃ 40秒来测试产品的热稳定性。还测试了软饮料在塑料瓶中的环形成。将测试瓶静置或放置4周，然后分析它们在塑料上的环形成。该产品通过了两项应用测试。表5显示了加热测试的结果：
表5–来自热稳定性研究的应用数据
Figure BDA0002732554870000102
从热稳定性研究可以看出，产品在热处理之前和之后均显示出较低的色差(DE2000)。
比较例1：
在不添加磷脂的情况下制备制剂。在烧杯A中，将80.0g完全氢化葵花油和5.0gα-生育酚混合并加热到165℃。加入15.0g结晶β-胡萝卜素并溶解。在烧杯B中，将50.0g聚山梨醇酯80溶解在348.0g软化水中，并加热至80℃。使用高剪切混合器以20.000RPM混合烧杯A和B。然后在保持在80℃下的同时，使混合物在800巴的压力下通过双阀均质器6次。然后在搅拌(150rpm)下将均质混合物冷却至25℃。加入0.50g山梨酸钾，并用柠檬酸缓冲液将pH调节至3.00以下。
样品对温和摇动/搅拌不稳定，导致样品不可逆的凝聚。凝聚的产物不能分散在水中，因此不能使用。因此不能在应用中确定粒径或颜色。
尽管已经参考多个方面和实例描述了该技术，但是本领域技术人员将能够组合来自不同方面和实例的特征。该技术的另外的细节从所附权利要求书中是显而易见的。

Claims (17)

1.一种在水相中包含固体脂质纳米颗粒的悬浮液，作为食品中的着色组合物，其中所述固体脂质纳米颗粒包含：
a.核，其包含：
i.熔点高于40℃的脂质，和
ii.油溶性色素；
b.双表面活性剂系统，其包含：
i.聚山梨醇酯，和
ii.磷脂，
其中所述双表面活性剂系统中的聚山梨醇酯:磷脂的比例为10:1至1:10，并且色素的量为所述固体脂质纳米颗粒的5-40％w/w，
其中所述悬浮液包含：
i.熔点高于40℃的脂质，其量为总悬浮液的10-35％w/w；和
ii.油溶性色素，其量为总悬浮液的1-5％w/w；
iii.双表面活性剂系统，其量为总悬浮液的1-25％w/w。
2.根据权利要求1所述的悬浮液，其中所述固体脂质纳米颗粒另外包含抗氧化剂。
3.根据权利要求2所述的悬浮液，其中所述抗氧化剂为生育酚。
4.根据权利要求3所述的悬浮液，其中所述抗氧化剂为α-生育酚。
5.根据权利要求2所述的悬浮液，其中所述抗氧化剂存在的量为所述固体脂质纳米颗粒的1％至10％w/w。
6.根据权利要求1所述的悬浮液，其中所述脂质存在的量为所述固体脂质纳米颗粒的30％至70％w/w。
7.根据权利要求6所述的悬浮液，其中所述脂质是完全饱和甘油三酯。
8.根据权利要求7所述的悬浮液，其中所述脂质是完全氢化葵花油、完全氢化菜籽油、完全氢化棕榈油或完全氢化大豆油。
9.根据权利要求1所述的悬浮液，其中所述油溶性色素是类胡萝卜素或叶绿素。
10.根据权利要求9所述的悬浮液，其中所述类胡萝卜素是番茄红素或β-胡萝卜素。
11.根据权利要求1所述的悬浮液，其中所述双表面活性剂系统存在的量为所述固体脂质纳米颗粒的20至75％w/w。
12.根据权利要求1所述的悬浮液，其中所述聚山梨醇酯是聚山梨醇酯80。
13.根据权利要求1所述的悬浮液，其包含量为总悬浮液的10-20％w/w的所述熔点高于40℃的脂质。
14.根据权利要求13所述的悬浮液，其包含量为总悬浮液的14-18％w/w的所述熔点高于40℃的脂质。
15.根据权利要求1所述的悬浮液，其包含量为5-10％w/w的所述聚山梨醇酯。
16.一种悬浮液，其在单一水相中包含第一固体脂质纳米颗粒和第二固体脂质纳米颗粒，其中所述第一固体脂质纳米颗粒和所述第二固体脂质纳米颗粒中的每一种如权利要求1至15中任一项所定义，并且其中所述第一固体脂质纳米颗粒和所述第二固体脂质纳米颗粒中的每一种中的油溶性色素不同。
17.一种使用根据权利要求1-15中任一项所述的固体脂质纳米颗粒悬浮液使食物或药品着色的方法。
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