本发明涉及包含LC-PUFA(长链多不饱和脂肪酸)的粉末组合物及 其制备工艺，并涉及此类组合物在制备具有提高的营养价值的食物中的用 途。更具体地，本发明涉及粉末组合物，所述粉末组合物包含PUFA，尤 其是来自海洋生物油的PUFA，所述PUFA被包埋于改性多糖(优选地， 改性淀粉)的基质中，所述组合物同时提供优良口感(sensorv)特征、精 细的颗粒结构和高的载油量。
过去数年间，海洋生物油作为长链多不饱和脂肪酸的来源，已吸引了 很大的兴趣，长链多不饱和脂肪酸作为膳食补充剂的重要性日益增加。如 今已有合理的证据表明，膳食中PUFA水平的增加对健康有益，其可以通 过对血压、动脉硬化以及血栓形成的影响来降低冠心病导致的死亡率。
根据双键在分子碳链中的位置，将PUFA分类为n-9、n-6或n-3 PUFA。n-6 PUFA的例子是亚油酸(C18:2)、花生四烯酸(ARA， C20:4)、γ-亚麻酸(GLA，C18:13)和二高-γ-亚麻酸(DGLA， C20:3)。n-3 PUFA的例子是α-亚麻酸(C18:13)、二十碳五烯酸 (EPA，C20:5)和二十二碳六烯酸(DHA，C22:6)。近年来在食品工业 方面，EPA和DHA尤其具有吸引力。最容易获得的这两种脂肪酸的来源 是鱼和从其中提取的海洋生物油。
随着双键数目的增多，PUFA的氧化降解也会增加，还会发展出人们 不想要的“异味”，主要是鱼的气味和味道。对PUFA，例如EPA和 DHA的兴趣增加，推动了对鱼油和PUFA浓缩物进行精炼和稳定的方法的 研究。
长期以来，人们已知，新鲜精炼的海洋生物油最初是没有异味和鱼的 味道及气味的，但是，氧化导致的变质(reversion)会迅速发生。人们做 出了很多尝试，企图对油加以稳定，例如，通过加入不同的抗氧化剂或它 们的混合物来进行。但是，目前大多数尝试都失败了，或者至少还都有进 一步改善的可能性。直到现在，人们仍需要开发出下述基于PUFA或含有 PUFA的海洋生物油的组合物，所述组合物在长时间都具有好的口感属 性，并且因此能用作为膳食补充剂，例如，以干燥的、能自由流动的粉末 或珠粒的形式使用。市场上有很多种经过稳定的PUFA油和微胶囊封装的 粉末，较之未经过稳定化的油，它们的确显示出口感上的改进。但是， PUFA的口感问题对它们在食品中的应用和用途来说仍是最具限制性的因 素，特别是同时需要PUFA组合物具有精细颗粒结构和高PUFA含量时更 是如此。
根据美国专利(USP)4670247，通过下述方法来制备脂溶性珠粒：用 水、明胶和糖来乳化脂溶性物质，例如，多不饱和脂肪酸，然后进一步地 将所述乳液转化为微滴(droplet)，将微滴收集到收集粉末中，形成颗粒 (particle)，将这些颗粒与收集粉末加以分离，对得到的产物进行热处 理，以形成水不溶性珠粒。糖是还原糖，其可以选自果糖、葡萄糖、乳 糖、麦芽糖、木糖及其混合物构成的组。根据USP 4670247所用的收集粉 末是淀粉粉末。热处理导致明胶基质的交联。根据传统加热方法，交联步 骤通过下述过程来进行：在电炉中预热过的不锈钢槽上加热，加热条件为 由大约90℃的温度下加热2小时至大约180℃的温度下加热小于一分 钟。
根据USP 6,444,227，含有脂溶性物质(例如PUFA)的珠粒是通过如 下方法获得的：(a)使所述物质、明胶、还原糖，以及可选地，抗氧化 剂和/或保湿剂形成水性乳液，(b)可选地，加入交联酶，(c)将所述乳 液转变为干燥粉末以及(d)通过辐射或通过温育(在酶存在的情况下) 使得明胶基质在被包覆的颗粒中交联。
现已发现，可以容易地制备平均粒径约50-500微米(μm)、优选约 50-200微米、最优选约70-120微米的粉末组合物，所述粉末组合物包含包 埋于改性多糖基质中的LC-PUFA，并且具有相对于其精细颗粒结构而言 的低表面油含量、优良的口感性质和高LC-PUFA载荷下的高稳定性。因 此，这些粉末组合物可以很好地原样使用，或作为食品(尤其是本身具有 精细结构的食品)添加剂以预混合物的形式使用。
因此，本发明涉及平均粒径约50-500微米(μm)、优选约50-200微 米、最优选约70-120微米的粉末组合物，所述粉末组合物包含含有至少一 种包埋于改性多糖基质中的长链多不饱和脂肪酸(LC-PUFA)的微滴，其 中颗粒的特征在于，其表面油含量小于0.5％(w/w)，优选0.2％(w/w) 或更低。
本发明还涉及制备此类组合物的方法以及此类组合物作为食品添加剂 (如果需要的话，与其它成分组合使用)的用途或用于制备具有提高的营 养价值的食品的用途，本发明还涉及添加了此类组合物的食品或食品成 分。
本文所用术语“PUFA”或“LC-PUFA”具有本领域技术人员已知的 通常含义，其涉及单独存在或作为混合物存在的多不饱和脂肪酸，其可以 是通过合成来制备的，或是从天然来源分离、浓缩和/或纯化的，其可以是 游离酸、其盐、甘油单/双或三酯或其它酯类(例如，乙酯，其可例如通过 酯交换作用从甘油酯获得)的形式。
因此，术语PUFA包括但不限于上面提到的那些化合物以及包含它们 的油。本发明优选的PUFA是n-3 PUFA和n-6 PUFA，特别是EPA、 DPA、DHA、GLA和ARA，优选为食品级质量的，其单独存在或在混合 物中存在，优选以其甘油三酯形式存在，特别是作为从海洋动物(优选 地，从鱼类)或从植物(例如亚麻、油菜、琉璃苣或夜来香)获得的油或 通过发酵获得的油的组分存在。可通过本领域已知的方法，例如，加入抗 氧化剂、乳化剂、调味品或香草，例如迷迭香或鼠尾草提取物来对其进行 稳定和/或除臭。在本发明的一种优选实施方式中，术语PUFA指可购得的 商标为ROPUFA的精炼鱼油。在本发明的另一种优选实施方式中，用生 育酚或生育三烯醇(天然混合物或合成制备的，优选为α-生育酚)，如果 需要的话，与其它抗氧化剂和/或除臭剂(例如抗坏血酸棕榈酸酯和/或迷 迭香提取物)一起，对ROPUFA进行稳定化。
本发明的粉末组合物由包埋于改性多糖的基质中的PUFA颗粒构成。 这些颗粒具有相对小的尺寸，即，其平均粒径范围为约50-500微米，优选 约50-200微米，更优选约50-120微米。颗粒尺寸可通过本领域公知的任 何方法测量，例如通过激光衍射，使用公知的可获得设备(例如， MALVERN Mastersizer 2000)来进行。粉末表面上的含PUFA相(“表面 油”)的量小于0.5％(w/w)，优选0.2％(w/w)或更低。表面油被定义 为可用合适的溶剂(即有机溶剂，例如环己烷)洗掉的以粉末重量百分比 表示的油相的量。低表面油含量是表示PUFA粉末的口感性质的重要质量 参数。通常，粉末颗粒尺寸越小，表面油含量越高。令人惊讶地，本发明 的粉末的表面油含量低于根据颗粒尺寸预期的值，甚至不需要附加的洗涤 步骤。
本发明的粉末组合物中的一种或多种PUFA的量可在宽范围内变化， 该量通常取决于粉末组合物的最终用途。基于干燥粉末的重量，PUFA的 量可为约5％-约55％(w/w)，优选约5％-约25％(w/w)，更优选约 7.5％-约20％(w/w)。
约5％-约55％(w/w)，优选约5％-约25％(w/w)，更优选约7.5％- 约20％(w/w)。
本说明书和权利要求书中所用术语“改性多糖”是指通过已知方法 (化学法或物理法，包括酶促反应或热反应)改性的多糖，这种多糖被改 性为水包油体系的良好乳化剂，以将油乳化，使其精细分散在水性介质 中。因此，改性多糖被改性为具有向其提供了亲水(对水亲合)部分和亲 油(对分散相亲合)部分的化学结构。这使其可溶解于分散油相和连续水 相中。优选地，改性多糖具有作为其结构一部分的长烃链(优选C5-18)， 并且能够在合适的乳化或均化条件下形成具有期望的平均油滴尺寸(例如 200-300nm)的稳定乳液。此类条件包括：例如通过转子定子处理在常压 下乳化以及高压均化，高压是指压力为约750/50psi/bar-约14500/1000 psi/bar。优选的高压范围是约1450/100psi/bar-约5800/400psi/bar。
改性多糖是可购得的公知材料，或者可由技术人员用常规方法制备。 改性多糖优选是改性淀粉。淀粉是亲水性的，因此不具有乳化能力。然 而，可从通过已知化学方法用疏水部分取代的淀粉来制备改性淀粉。例 如，可用环状二羧酸酐(例如琥珀酸酐)对淀粉进行处理，用烃链取代 (参见Modified Starches：Properties and Uses，ed.O.B.Wurzburg，CRC Press， Inc.，Boca Raton，Florida(1991))。本发明的一种特别优选的改性淀粉具有 以下结构：
其中，St为淀粉，R为亚烷基，R’为疏水基。
优选地，亚烷基为低级亚烷基，例如二亚甲基或三亚甲基。R’可以是 烷基或烯基，优选C5-18烷基或烯基。一种优选的式I的化合物是辛烯基琥 珀酸淀粉钠。它可以例如从National Starch and Chemical Company， Bridgewater，N.J.以Capsul购得。对该化合物以及一般性的式I的化合物 的制备在本领域中是已知的(参见Modified Starches：Properties and Uses， ed.O.B.Wurzburg，CRC Press，Inc.，Boca Raton，Florida(1991))。
本发明的粉末组合物可以使用可购得的设备来制备，制备工艺中的每 个步骤均是本领域已知的。在一种优选实施方式中，组合物由包括如下步 骤的工艺制备：
(a)制备改性多糖溶液的水溶液；
(b)对该溶液中的PUFA进行乳化，得到具有期望油滴尺寸的乳 液；
(c)对该乳液进行干燥，得到平均微滴直径为约50-500微米的粉 末；以及
(d)可选地，通过适当的方法去除剩余的表面油。
下面给出的实施例描述了具体过程。然而，所有参数均不关键。本领 域技术人员公知，这些参数可在宽范围内变化，并且可以适用于例如制备 更大量的粉末组合物。
步骤(a)可在任何合理的温度(通常低于100℃，优选70-80℃)下 进行，以确保通过振荡或搅拌(例如，用盘式混合器)使改性多糖在合理 的时间内迅速溶解于水中。步骤(a)应当优选包括合适的抗氧化剂(例 如抗坏血酸钠)和/或作为稳定剂的低分子量碳水化合物(例如蔗糖)的共 溶(co-solution)。
为了得到期望的油滴尺寸，乳化步骤(b)在合适速度的连续搅拌和 压力下，优选以一个或数个阶段进行。每个阶段的时间并不关键，它取决 于系统参数(包括乳液粘度、批量大小、流速和压力)，并且可由技术人 员改变以得到期望结果。乳化步骤应当连续进行，直到测试表明已达到期 望的微滴尺寸。均化温度优选低于70℃。
根据步骤(c)，然后将乳液转化为粉末，这是通过已知技术实现 的，例如喷雾干燥、冷冻干燥、流化床干燥、珠粒形成，但优选通过可提 供最佳表面油含量结果的喷雾干燥。本领域技术人员选择工艺参数，以得 到具有期望的平均直径和表面油含量的、包埋于多糖基质中的PUFA的粉 末组合物。对于喷雾干燥的情况而言，进口温度通常为130-220℃、优选 低于200℃，出口温度低于100℃、优选80-90℃，如果需要的话，在惰性 气氛中进行。
如果期望进一步降低已经较低的表面油含量，或者期望完全去除表面 油，则可以进行步骤(d)，该步骤通过本领域已知的任何合适的方法进 行，例如通过用油溶性溶剂或溶剂混合物(例如环己烷)来洗涤经干燥的 或几乎干燥的粉末，然后干燥直到溶剂完全去除。
如果需要的话，为了改善粉末的流动性，可以使用本领域技术人员已 知的合适材料，例如硅酸。如果需要的话，还可例如在流化床中用不同材 料对微滴进行包覆。
本发明的粉末组合物可以以本身已知的方式加入食品或食品成分或在 对食品或食品成分的制备中使用，从而提高其营养价值。可将其加入几乎 任何种类的食品(即，人类食品或动物食品)或用于这些食品的制备，并 且可在制备过程中的任何合适时间添加(即，可以在初始成分阶段、几乎 形成最终产品时或在这之间的某个时间添加)，可以作为粉末或以溶液/乳 液的形式添加，优选以能够达到平均分布的方式添加。人类食用的食品是 优选的，其包括成人食品以及儿童或幼儿食品。本发明的粉末组合物因其 精细粉末结构而被加入本身具有精细粉末结构的食品和食品成分，以提高 其营养价值，这些食品和食品成分例如是奶粉和巧克力粉、面粉和面粉混 合物(例如用于面包、蛋糕和糕点)或完全烘烤的混合物、布丁粉末等。 本发明的粉末组合物在膳食产品的制备和保存中特别有用。而且，本发明 的粉末组合物可添加到所有类型的饮料或浓缩饮料中，例如乳制品、奶饮 料、酸奶、果汁和蔬菜汁及其浓缩物、糖浆、矿泉水和酒精饮料。
在本发明的另一方面，本发明的组合物被加入食品或食品成分中，从 而提高其营养价值。
同样，将加入食品或食品成分的以重量百分比表示的粉末组合物的量 可以在宽范围内变化，该量一方面取决于食品类型，另一方面取决于其性 质(即组合物的PUFA含量)。该量应当反映出营养学家的建议，以满足 不同个体的需求。
通过以下实施例说明本发明，但本发明不受这些实施例的限制。
实施例1
将178g的辛烯基琥珀酸淀粉钠(一种改性食物淀粉，Capsul)、80 g的蔗糖和18g的抗坏血酸钠(作为水相中的抗氧化剂)放入1000ml的 双壁容器中。在约75℃下，在用搅拌盘以500转/分钟(rpm)搅拌的同 时，添加150ml的去离子水，使混合物形成溶液。该溶液被称为基质。然 后，将120g ROPUFA’30’n-3食物油(与至少30％的n-PUFA(至少 25％的DHA、EPA和DPA)混合的精炼鱼油，其为甘油三酸酯形式，并 用α-生育酚、抗坏血酸棕榈酸酯和迷迭香提取物稳定化过)在该基质中乳 化并搅拌10分钟。在乳化和搅拌过程中，搅拌盘在4800rpm下操作。该 乳化之后，乳液分散相的平均粒径为200nm(通过激光衍射测量)。用 100g去离子水稀释乳液以调节粘度，温度保持在50℃。
在以下条件下用实验室喷雾干燥器(来自Niro的Mobilie MinorTM2000 D1型)对乳液进行喷雾干燥：
进口温度：约200℃；出口温度：83-89℃；空气压力：4bar；喷射速 率：约2.6kg/h。
产量：341g干燥粉末。为了改善流动性，将最终产物与1％的硅酸掺 合。
得到白色/淡黄色精细粉末，其DHA/EPA/DPA含量为12.1％(DHA： 5.9％；EPA：5.4；DPA：0.8％)，剩余水分含量为1.8％，过氧化物值为 1.2mEq/kg，表面油含量为0.2±0.1％。
按照如下方法确定表面油含量：
精确称重约5g样品，并将其放入50ml的分级离心管。用环己烷将 其稀释到40毫升。振荡样品和环己烷3分钟。将该混合物滤经Whatman No.40滤纸，以去除所有固体。将50ml的圆底烧瓶在105℃下在烘箱中 干燥1小时，然后将其放入干燥器直到达到室温。将该圆底烧瓶精确称重 到小数点后三位。用25ml的移液管吸取25ml的滤出液，然后将其转移 到干净且配衡的50ml圆底烧瓶中。
将含有样品的圆底烧瓶放在旋转蒸发器上，并蒸发直到干燥。在去除 环己烷之后，将含有剩余油的圆底烧瓶放在105℃的烘箱中静置1小时。 从烘箱中移出圆底烧瓶，并将其放入干燥器。在称重之前，使圆底烧瓶冷 却至室温。称重圆底烧瓶，从而确定提取的油量。
计算公式如下：
实施例2
可通过与实施例1类似的方式制备乳液。不同之处在于：用 ROPUFA’30’n-3 INF油(总n-3 PUFA最小含量为27％(w/w)(至少 21％(w/w)的DHA)的精炼鱼油，其为甘油三酸酯形式，并用α-生育酚 稳定化过)取代ROPUFA’30’n-3食物油。
如实施例1中所述对乳液进行喷雾干燥。
该产品的DHA含量约为6.3％(w/w)，总n-3 PUFA含量为8.1％ (w/w)。
实施例3
可通过与实施例1类似的方式制备乳液。不同之处在于：用 ROPUFA’30’n-3 EPA油(总n-3 PUFA最小含量为27％(w/w)(至少 13.5％(w/w)的EPA和8％(w/w)的DHA)的精炼鱼油，其为甘油三酸 酯形式，并用dl-α-生育酚、抗坏血酸棕榈酸酯和卵磷脂稳定化过)取代 ROPUFA’30’n-3食物油。
如实施例1中所述对乳液进行喷雾干燥。
该产品的EPA含量约为4％(w/w)，总n-3 PUFA含量为8.1％ (w/w)。
实施例4
可通过与实施例1类似的方式制备乳液。不同之处在于：用 ROPUFA’75’n-3 EE油(总n-3 PUFA最小含量为72％(作为乙酯的重 量) (至少38％(w/w)的EPA和20％(w/w)的DHA)的精炼鱼油乙 酯，其为甘油三酸酯形式，并用迷迭香提取物、抗坏血酸棕榈酸酯、混合 生育酚和柠檬酸稳定化过)取代ROPUFA’30’n-3食物油。
如实施例1中所述对乳液进行喷雾干燥。
该产品的EPA含量约为11.4％(w/w)，DHA含量约为6.0％ (w/w)，总n-3 PUFA含量为21.6％(w/w)。
实施例5
可通过与实施例1类似的方式制备乳液。不同之处在于：用 ROPUFA’10’n-6油(γ-亚麻酸最小含量为9％精炼夜来香油，其为甘油 三酸酯形式，并用dl-α-生育酚和抗坏血酸棕榈酸酯稳定化过)取代 ROPUFA’30’n-3食物油。
如实施例1中所述对乳液进行喷雾干燥。
该产品的γ-亚麻酸含量约为2.7％(w/w)。
实施例6
可通过与实施例1类似的方式制备乳液。不同之处在于：用 ROPUFA’25’n-6油(γ-亚麻酸最小含量为23％的精炼琉璃苣油，其为甘 油三酸酯形式，并用dl-α-生育酚和抗坏血酸棕榈酸酯稳定化过)取代 ROPUFA’30’n-3食物油。
如实施例1中所述对乳液进行喷雾干燥。
该产品的γ-亚麻酸含量约为6.9％(w/w)。
实施例7
可通过与实施例1类似的方式制备乳液。不同之处在于：用甘油三酸 酯形式的精炼微生物花生四烯酸(ARA)油(ARA最小含量为40％ (w/w)，用混合生育酚稳定化过)取代ROPUFA’30’n-3食物油。
如实施例1中所述对乳液进行喷雾干燥。
该产品的花生四烯酸含量约为12.0％(w/w)。
实施例8
可通过与实施例1类似的方式制备乳液。不同之处在于：用甘油三酸 酯形式的精炼橄榄油(n-9(C18:1)最小含量为75％)取代 ROPUFA’30’n-3食物油。
如实施例1中所述对乳液进行喷雾干燥。
该产品的油酸含量约为22.5％(w/w)。
应用实施例
(1)巧克力奶(富集水平：0.2％PUFA干燥粉末)
使15g可可粉、35g糖和1.1g实施例1的PUFA干燥粉末完全混 合，并溶解于500ml奶中。对巧克力奶进行口感测试(见下文)，并与不 含PUFA的对比样品比较。在将PUFA干燥粉末保存3、6、9和12个月 之后，重复进行对新鲜制备的巧克力奶的口感测试。没有发现与不含 PUFA的对比样品存在明显的口感差异，并在12个月后没有检测到鱼腥味 道或气味。
(2)布丁(富集水平：0.4％PUFA干燥粉末)
在合适的搅拌器中将121.25g糖、19.35g玉米淀粉(Ultra-Tex 2， National Starch)、3.45g胶凝剂(Flanogen ADG56，Degussa)、0.75g调 味剂粉末香草(Vanilla Flavour 750 16-32，Givaudan-Roure Flavours)、0.6 gβ-胡萝卜素1％CWS(DSM Nutritional Products)和4.60g实施例1的 PUFA完全混合10分钟。将150g的即食布丁粉末加入1升冷的奶中，并 进行混合。在恒定搅拌下加热该溶液并保持沸腾1分钟。将热布丁装入盘 中。将此香草布丁冷却1小时之后在5℃下保存。对样品进行口感测试 (见下文)，并与不含PUFA的对比样品比较。在将PUFA干燥粉末保存 3、6、9和12个月之后，重复进行对新鲜制备的布丁的口感测试。没有发 现与不含PUFA的对比样品存在明显的口感差异，并在12个月后没有检 测到鱼腥味道或气味。
(3)面包(富集水平：1％PUFA干燥粉末)
将50g酵母溶解于200g水中。将1000g小麦粉(500型)、480g 水、20g盐、上述酵母溶液和16g实施例1的PUFA干燥粉末混合起来， 以形成面团。确认面团再生(rework)之后，将其分割并形成条块 (loaf)。在烘烤之前，用水冲刷条块表面。对样品进行口感测试(见下 文)，并与不含PUFA的对比样品比较。在将PUFA干燥粉末保存3、6、 9和12个月之后，重复进行对新鲜制备的面包的口感测试。没有发现与不 含PUFA的对比样品存在明显的口感差异，并在12个月后没有检测到鱼 腥味道或气味。
(4)全脂奶(富集水平：0.3％PUFA干燥粉末)
使65g全脂奶粉和1.5g实施例1的PUFA干燥粉末混合并溶解于500 ml水中。对样品进行口感测试(见下文)，并与不含PUFA的对比样品比 较。在将PUFA干燥粉末保存3、6、9和12个月之后，重复进行对新鲜 制备的浓缩全脂奶的口感测试。没有发现与不含PUFA的对比样品存在明 显的口感差异，并在12个月后没有检测到鱼腥味道或气味。
口感特征测试
所有样品均由一组经培训的品尝人员评价。口感分析通过采用鱼腥味 等级的描述性分析进行。鱼腥味等级包括7个等级，从1(无法检测到鱼 腥味)到7(鱼腥味极强)。进行方差分析(ANOVA)，以确定是否存在 显著差异。用最小显著差异测试(LSD)在5％的显著性水平下进行多重 比较。