ES2980700T3 - Dispersión de fitosteroles - Google Patents

Abstract

La presente invención se relaciona con un proceso para la producción de dispersiones acuosas acuosas de fitosteroles, fitoestanoles y sus derivados de alta estabilidad que permite el uso de un amplio rango de emulsificantes, en concentraciones relativas bajasde emulsificantes respecto a los fitoesteroles, y permite además,la preparación de dispersiones con altas concentraciones de fitoesteroles. Dichas dispersiones se logran mediante el proceso de dispersar en un dispersor a la temperatura de al menos 140 °C unoo más fitosteroles, un medio acuoso y uno o más emulsificantes para obtener una emulsión, y luego enfriar la emulsión hasta obtener una dispersión de esteroles en medio acuoso.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispersión de fitosteroles

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un proceso para producir dispersiones acuosas altamente estables de fitosteroles. También se describe, pero no forma parte de la presente invención, la utilización de estas dispersiones como ingredientes de productos alimenticios y farmacéuticos hipocolesterolémicos.

Antecedentes de la invención

Los esteroles en general, principalmente esteroles vegetales o fitosteroles, actualmente tienen numerosas aplicaciones y se utilizan más comúnmente como ingredientes alimentarios. Tales aplicaciones requieren el uso de fitosteroles dispersos en medios acuosos o en medios grasos tales como bebidas lácteas, bebidas de lujo acuosas, zumos de frutas, como margarinas y mayonesa entre otros. Dado que las aplicaciones de los fitosteroles dispersos son tan numerosas, es importante tener dispersiones acuosas altamente estables que puedan almacenarse durante largos períodos antes de usarse en diversas aplicaciones y, simultáneamente, proporcionar productos homogéneos cuando se usan en aplicaciones específicas, en donde los fitosteroles permanecen dispersos, no se produce separación de fases y los productos tienen una buena palatabilidad. El interés de la industria alimentaria por la elaboración de productos que contengan fitosterol es el resultado de la probada capacidad de los fitosteroles para inhibir la absorción del colesterol de la dieta.

Desde la década de 1930 se sabe que los niveles de colesterol plasmático se ven afectados por la ingestión de fitosteroles. Investigaciones posteriores realizadas alrededor de la década de 1950 han demostrado definitivamente, tanto en animales como en humanos, que los fitosteroles son muy eficientes para inhibir la absorción del colesterol proporcionado externamente, es decir, el colesterol de la dieta. Como resultado de tal inhibición, las personas que ingieren fitosteroles con sus alimentos que contienen colesterol tienen un nivel más bajo de colesterol sérico que aquellos cuyos alimentos no contienen fitosteroles. Como resultado, últimamente ha habido un gran interés en la elaboración de alimentos que contienen fitosteroles como una forma efectiva y de bajo costo de proporcionar fitosteroles para aquellos que lo necesitan.

Aunque los fitosteroles no son solubles en medios acuosos y son apenas solubles en medios grasos, los fitosteroles no tienen que ser solubles en el alimento ingerido para ejercer su efecto hipocolesterolémico, sino que son capaces de exhibir su efecto reductor del colesterol cuando se dispersan en estos medios. Aunque el efecto reductor del colesterol de los fitosteroles es bien conocido en el estado de la técnica, se ha encontrado sorprendentemente que las dispersiones de fitosterol preparadas de acuerdo con el proceso de la presente invención tienen un efecto reductor significativamente mayor del colesterol que las dispersiones similares preparadas de acuerdo con procesos conocidos en el estado de la técnica e incluso tienen un mayor efecto reductor del colesterol logrado usando uno de los productos comerciales más conocidos que tienen este efecto, a saber, ésteres de fitostanol.

Normalmente, en la preparación de dispersiones acuosas de fitosteroles, se utilizan uno o más agentes tensioactivos como emulsionantes que se añaden a la preparación en una proporción superior al 20 % en peso en relación con los fitosteroles, típicamente superior al 50 %. La mayoría de los polvos de fitosterol dispersables en agua contienen aproximadamente un 50 % de fitosteroles, es decir, una parte de fitosteroles y una parte de emulsionantes u otros aditivos. Aunque en el mercado se pueden encontrar polvos de fitosterol dispersables que contienen hasta un 85 % en peso de fitosteroles, dichos polvos tienen una dispersabilidad en agua muy mala, y una vez suspendidos en agua al 1 % en peso se separan de la fase acuosa fácilmente y se asientan en menos de una hora. Para estabilizar tales dispersiones, requieren mayores cantidades de emulsionantes y un procesamiento adicional, generalmente mediante homogeneización a alta presión, lo que implica etapas de formulación adicionales y más complicadas. Actualmente en el mercado, no existen dispersiones acuosas estables de fitosteroles disponibles comercialmente que puedan usarse como ingredientes alimentarios funcionales, principalmente porque se asientan fácilmente, tienen un bajo contenido de fitosterol en la dispersión (alto contenido de agua) y tienen una vida útil limitada (menos de un mes). Por lo tanto, las dispersiones generalmente se deshidratan y se comercializan como polvos. En las siguientes secciones, los términos agente tensioactivo y tensioactivo se usan indistintamente.

Los emulsionantes alimentarios constituyen solo un grupo relativamente pequeño de la familia de los emulsionantes, y muchos de ellos tienen restricciones dietéticas con respecto a su ingesta diaria, tales como los polisorbatos (25 mg/kg), lo que limita la combinación de emulsionantes que se pueden usar en los procesos de dispersión de fitosterol. Este problema es más grave cuando se debe utilizar más de un tensioactivo en la dispersión, cuando tienen que ser incorporados en productos alimenticios o farmacéuticos.

La ingesta diaria sugerida de fitosteroles como agentes reductores del colesterol está entre 0,8 y 2,0 g, por lo tanto, en caso de que estén acompañados de altos niveles de emulsionantes alimentarios, la ingesta diaria total de emulsionantes alimentarios teniendo en cuenta los emulsionantes presentes en otros alimentos también podría superar la ingesta diaria máxima permitida para algunos emulsionantes o en el caso de usar emulsionantes derivados del aceite (por ejemplo, monoglicéridos) podrían aumentar significativamente la ingesta diaria total de calorías.

Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar soluciones para obtener dispersiones acuosas de fitosterol altamente estables con la relación emulsionante/fitosterol más baja posible, utilizando toda la gama de tensioactivos que se pueden utilizar como emulsionantes en la industria alimentaria, incluidos los tensioactivos predominantemente hidrófobos y predominantemente hidrófilos y mezclas de los mismos.

Existe un gran número de procesos descritos en la técnica anterior destinados a obtener suspensiones o dispersiones de fitosterol estables en medios acuosos para ser utilizados como ingrediente de alimentos hipocolesterolémicos. Algunos de los documentos de la técnica anterior más relevantes de los últimos 20 años con respecto a la materia descrita en la presente solicitud se muestran en la Tabla 1.

En la presente invención, el término emulsión tiene el significado habitual en la técnica anterior, es decir, una emulsión es una mezcla de dos líquidos inmiscibles en donde uno de los líquidos, conocido como la fase dispersa, se dispersa dentro del otro líquido, conocido como la fase continua. Por lo tanto, una emulsión acuosa de fitosterol significa una dispersión de fitosteroles líquidos en un medio acuoso, mientras que el término dispersión acuosa de fitosteroles se refiere a la dispersión de fitosteroles sólidos en un medio acuoso. Para formar una emulsión estable, la emulsión debe contener uno o más agentes tensioactivos y, a veces, también otros componentes conocidos genéricamente como coloides protectores. Los agentes tensioactivos son sustancias que tienen porciones tanto hidrófilas como hidrófobas en la misma molécula, es decir, tienen un carácter anfifílico. Esto significa que tienen la tendencia a concentrarse en la interfaz, lo que reduce la tensión interfacial. Para caracterizar el grado de anfifilicidad de una molécula anfifílica, se utiliza una escala numérica empírica que varía de 1 a 40, denominada valor HLB. Cuanto menor es el valor de HLB, más hidrófoba es la molécula y, por el contrario, cuanto mayor es el valor de HLB, mayor es el carácter hidrófilo de la molécula. Hay una gran cantidad de agentes tensioactivos, tanto naturales como sintéticos, que son útiles para una variedad de aplicaciones. Un agente emulsionante o emulsionante es un agente tensioactivo utilizado en la preparación de emulsiones con el objetivo de estabilizar la emulsión. Se ha encontrado empíricamente que aquellos agentes tensioactivos que tienen un número de HLB que varía de 8 a 18 son útiles para estabilizar emulsiones de aceite en agua, que se simbolizan como emulsiones o/w [por sus siglas en inglés], en donde la fase dispersa es aceite y la fase continua es agua o un medio acuoso. Por otro lado, los agentes tensioactivos que tienen un número de HLB que varía de 3 a 6 son útiles para estabilizar agua o medios acuosos en emulsiones oleosas, que se simbolizan como emulsiones w/o [por sus siglas en inglés], en donde la fase dispersa es agua y la fase continua es aceite. En el campo de las emulsiones, el término aceite significa cualquier líquido que es inmiscible con agua. El término medio acuoso significa agua o una solución, dispersión o emulsión acuosa que contiene al menos 30 % de agua en peso de solución, dispersión o emulsión.

Tabla 1: Patentes solicitudes internacionales

Una revisión de la técnica anterior enseña que existen numerosas descripciones relacionadas con la preparación de fitosteroles dispersables en medios acuosos que comprenden la dispersión mecánica de fitosteroles sólidos en medios acuosos en presencia de uno o más agentes tensioactivos, la disolución de fitosteroles en solventes sub o supercríticos seguida de la dispersión de la disolución en una fase acuosa y la eliminación del solvente, la preparación de complejos de fitosterol solubles en agua, la disolución térmica de fitosteroles en uno o más agentes tensioactivos seguida de la dispersión de la disolución en un medio acuoso, la mezcla de fitosteroles con agente tensioactivo que contiene agua seguida de la inyección de vapor vivo a alta temperatura y muchos otros. El documento US2009/004359, describe un método para producir una composición que contiene fitosterol/fitostanol, que facilita la dispersión en agua de un fitosterol y/o fitostanol, que son difíciles de disolver en agua, inhibe la aparición de precipitación y coagulación (formación de anillos) durante un largo período de tiempo incluso cuando se incorpora en agua, y puede mantener un estado disperso estable, sin embargo, la preparación de la composición final que contiene esterol vegetal y emulsionante en un medio acuoso se lleva a cabo en dos etapas separadas: en la primera los dos emulsionantes y fitosterol se mezclan y se funden a 140 °C, luego se añaden al agua mantenida a 80 °C y la mezcla acuosa se homogeneiza. El documento US2001/006672, describe esteroles vegetales, estanoles vegetales, ésteres de esteroles vegetales y otros esteroles no tóxicos que se cocristalizan con emulsionantes para formar un complejo de esterol vegetal/emulsionante o complejo de estanol vegetal/emulsionante que se puede incorporar en productos alimenticios con toda la grasa, bajos en grasa, sin grasa y sin triglicéridos, sin embargo, la preparación de la composición final que contiene esterol vegetal y emulsionante en un medio acuoso se lleva a cabo en dos etapas separadas: en la primera, los dos emulsionantes y el fitosterol se mezclan y se funden a 140 °C, después se añaden al agua mantenida a 90 °C y la mezcla acuosa se homogeneiza. El documento WO2006/046686 describe la incorporación de fitosteroles en productos alimenticios líquidos, mezclando el producto alimenticio con fitosteroles, emulsionantes y calentando la mezcla entre 110 °C y 200 °C. El calentamiento entre 120 °C a 150 °C se lleva a cabo en un intercambiador de calor UHT durante unos segundos. Para calentar a temperaturas más altas y tiempos más largos, se utiliza un autoclave. Después del calentamiento, la mezcla con fitosteroles se enfría, pero no se describen etapas de homogeneización.

Se puede observar que, con la excepción de la Solicitud de patente de EE. UU. 20060035009 que describe un proceso para obtener un complejo de fitosterol soluble en agua con un carbohidrato, todos los demás documentos citados en la Tabla 1 describen un proceso para obtener polvos de fitosterol dispersables en agua o dispersiones acuosas de fitosterol y usos de los mismos para producir efectos hipocolesterolémicos. Ostlund, en las Patentes de EE. UU. 5,932,562 y 6,063,776, también describe fitosteroles solubles en agua, y en el Ejemplo 4 del primer documento se muestra que las preparaciones de sitostanol en polvo no exhibieron efectos reductores del colesterol en sujetos humanos. Con la excepción de los tres documentos anteriores, los documentos restantes del estado de la técnica describen una variedad de métodos para obtener polvos de fitosterol dispersables en agua o dispersiones acuosas de fitosterol, que generalmente son más fáciles de preparar. Pero como lo muestra Ostlund en la Solicitud de EE. UU. 5,932,562, el problema con las dispersiones acuosas o los polvos de fitosterol es que el efecto reductor del colesterol de las mismas parece depender impredeciblemente de su forma o proceso de preparación.

Al comparar el efecto reductor del colesterol de las dispersiones acuosas o los polvos de fitosterol dispersables en agua preparados de acuerdo con la presente invención con los preparados de acuerdo con los procesos conocidos en el estado de la técnica, se ha observado un efecto reductor significativamente mayor del colesterol en el primer caso, lo que confirmaría que el efecto reductor del colesterol de los fitosteroles sólidos ingeridos como polvos dispersables en agua o dispersiones acuosas de fitosterol parece depender, aunque de manera impredecible, del proceso de preparación de tales dispersiones o polvos.

Existen numerosos métodos bien conocidos para la dispersión de fases líquidas inmiscibles para preparar emulsiones. Los métodos preferidos utilizados en la presente invención son aquellos que recurren a homogeneizadores de rotor/estator tales como molinos coloidales, recipientes agitados y homogeneizadores a presión. Este equipo es capaz de proporcionar alta tensión de cizallamiento y velocidad de cizallamiento que permite la preparación de emulsiones acuosas de fitosterol que dan lugar a suspensiones acuosas de fitosterol al enfriar con características que son sorprendentemente diferentes de las dispersiones de fitosterol preparadas utilizando cualquiera de los procesos del estado de la técnica.

Los procesos del estado de la técnica no describen ningún proceso de dispersión de fitosterol en donde los fitosteroles, un medio acuoso y uno o más agentes tensioactivos de calidad alimentaria, con una baja relación de agente tensioactivo a fitosteroles y que tienen concentraciones significativas de fitosterol para su uso en la industria alimentaria o farmacéutica, se dispersan a altas temperaturas por encima del punto de fusión de los fitosteroles para formar una emulsión, seguido de enfriamiento de dicha emulsión para originar una dispersión acuosa de fitosterol.

Por el contrario, este procedimiento ha sido desaconsejado en los documentos del estado de la técnica considerando el alto punto de fusión de los fitosteroles. De hecho, en la patente de EE. UU. 6,623,780 (23 de septiembre de 2003) titulada "Producto de esterol dispersable acuoso", los inventores Stevens y Schmeltzer afirman explícitamente (véase la columna 3, línea 10 y siguientes) que"La principal dificultad en la formulación de esteroles es su alto punto de fusión. Los esteroles de grado alimenticio disponibles comercialmente generalmente tienen un rango de punto de fusión de 120 °C-140 °C. Esto hace que su dispersión en agua sea muy difícil porque los esteroles no se pueden dispersar en agua como esteroles líquidos sin recurrir a altas temperaturas y altas presiones asociadas ".

Para superar lo que consideraban una dificultad, los inventores recurrieron a mezclar esteroles con monoglicéridos y un polisorbato como Tween 60. Esto da lugar a una mezcla con un punto de fusión de alrededor de 75 °C. A continuación, la mezcla se enfría, preferentemente pulverizando la mezcla en una corriente de aire. El polvo de esterol-emulsionante resultante puede dispersarse posteriormente en un medio acuoso y someterse a homogeneización de alto cizallamiento para formar una emulsión,es decir, la incorporación de esteroles en matrices alimentarias requiere el uso de etapas de homogeneización posteriores. De acuerdo con el tipo y las relaciones de los agentes tensioactivos reivindicados, el valor de HLB de la mezcla de agentes tensioactivos varía de 4 a 6 y la relación reivindicada de emulsionantes a esteroles varía de 111 % a 170 %. Los inventores han descubierto que una dispersión preparada de acuerdo con su invención, que contiene esteroles, monoglicéridos y polisorbatos, es estable en agua pura durante varias semanas.

Por el contrario, las dispersiones acuosas de fitosterol preparadas de acuerdo con los procesos de la presente invención tienen una vida útil de más de un año sin ninguna separación o sedimentación de fases notable durante dicho período y se incorporan fácilmente en bebidas lácteas, bebidas de lujo acuosas, zumos de frutas y similares.

Las desventajas del proceso descrito en la patente de EE. UU. 6,623,780 es que para preparar una dispersión acuosa de esteroles más o menos estable se requieren varias etapas unitarias: mezclar los esteroles con uno o más agentes emulsionantes, fundir la mezcla formada, secar por pulverización el producto fundido dando como resultado un polvo, mezclar y dispersar el polvo en un medio acuoso bajo alto cizallamiento a una temperatura superior al punto de fusión del polvo. Además, para obtener una reducción significativa del punto de fusión de la mezcla de esteroles-emulsionantes, se requiere una cantidad similar o mayor de emulsionantes en relación con la masa de esteroles utilizada. Además, una estabilidad o vida útil de unas pocas semanas podría ser insuficiente para ciertas aplicaciones. Además, la gama de emulsionantes utilizables está bastante restringida en el proceso descrito, dejando numerosos emulsionantes alimentarios importantes fuera del campo de aplicación, y el uso de un gran exceso de emulsionantes en relación con los esteroles podría ser indeseable para su uso en alimentos que reducen el colesterol debido al contenido calórico de los monoglicéridos, ya que se prefiere, en general, que dicho alimento sea un alimento bajo en calorías.

Una técnica similar se describe en Yoonet al.,en las Solicitudes de patente de EE. UU.

20040029844, 20040170064 y 20020064548, en donde las cantidades relativas de emulsionantes a esteroles son menores que las utilizadas por Stevens y Schmeltzer, pero a expensas de utilizar temperaturas más altas, más cercanas al punto de fusión de los esteroles, que era precisamente el problema que los inventores de la Solicitud de EE. UU. 6,623,780 querían evitar.

En las solicitudes citadas anteriormente, se describe un proceso donde los esteroles se mezclan con varios emulsionantes a temperaturas entre 130 °C y 140 °C como se ilustra en los Ejemplos 1, 2 y 3 de la Solicitud de Patente 20040029844, con el fin de formar una mezcla fundida de esteroles con emulsionantes. Esta mezcla fundida se dispersa luego en medio acuoso o bebida acuosa, preferentemente entre 70 °C y 90 °C. El proceso se realiza en un mezclador-agitador con una velocidad de rotación de 6.800 rpm a 10.000 rpm. En las solicitudes citadas se describe que después del proceso de agitación, se necesita un proceso de homogeneización "para pulverizar las micelas agregadas".

Los emulsionantes utilizados en los ejemplos proporcionados en las tres solicitudes son estearato de sacarosa, polisorbato, laurato de sorbitán, estearil lactilato de sodio, citrato de monoglicerilo y monoestearato de poliglicerina que tienen un intervalo de índice HLB de 8 a 15, y el contenido en peso de emulsionantes varía de 17 % a 85 %, con respecto a los esteroles.

Como se muestra en los Ejemplos Comparativos 1, 2 y 3 de la Solicitud de Patente 20040029844, cuando los emulsionantes utilizados fueron estearil lactilato de sodio, polisorbato o citrato de monoglicerilo, las dispersiones resultantes fueron inestables. De acuerdo con los Ejemplos, solo el éster estearílico de sacarosa (HLB 11) y el lauril sorbitán (HLB 8.6) y sus mezclas fueron estabilizadores eficaces. Por lo tanto, la gama de emulsionantes adecuados para llevar a cabo la invención descrita es bastante limitada. De acuerdo con los Ejemplos de la presente invención, la dispersión de esterol preparada de acuerdo con el Ejemplo 1 de la Solicitud 20040029844 sin la etapa de homogeneización (ensayo 5) es inestable, y cuando se incluye la etapa de homogeneización (ensayo 6), la dispersión resultante tiene una estabilidad considerablemente menor que la dispersión de esterol preparada de acuerdo con la presente invención. Finalmente, el proceso descrito en la Solicitud 20040029844 no permite la preparación de dispersiones acuosas de fitosterol con altos contenidos de sólidos.

El aglutinante, en la Solicitud de patente de EE. UU. 20070031570, describe un método para la preparación de dispersiones acuosas de fitosterol mezclando agua, fitosteroles y un emulsionante y luego calentando la mezcla con vapor vivo entre 100 °C y 200 °C durante un período que varía de 2 segundos a 10 minutos, preferentemente de 30 segundos a 3 minutos. El proceso de calentamiento ejerce una tensión de cizallamiento característicamente baja sobre la mezcla. Luego, la mezcla se enfría en un enfriador instantáneo o se homogeneiza aún más a una presión alta que varía de 13,78 MPa (2000 psi) a 55,15 MPa (8000 psi), preferiblemente dos veces. La memoria descriptiva no describe la temperatura de homogeneización, pero en el Ejemplo 1, después de un proceso hidrotérmico a 152 °C, la mezcla se enfría a 79 °C y luego se somete a una etapa de homogeneización de dos etapas. Por lo tanto, la homogeneización real se lleva a cabo en una dispersión acuosa de esteroles sólidos.

Para llevar a cabo el proceso descrito, se utilizan emulsionantes de calidad alimentaria con valores de HLB bajos, menores que 5, tales como lecitinas, mono y diglicéridos destilados y similares. La cantidad de emulsionantes con respecto a los fitosteroles en los Ejemplos 1 y 2 fue del 199 % en peso.

Entre las desventajas del proceso descrito, se pueden establecer las siguientes: la variedad de emulsionantes utilizables está bastante limitada a emulsionantes con valores de HLB menores que 5, lo que deja fuera emulsionantes importantes requeridos en ciertas aplicaciones; antes de la etapa de homogeneización es muy inestable, e incluso después de esta etapa de homogeneización, el producto todavía tiene una baja estabilidad; además, el producto utiliza grandes excesos de emulsionantes en relación con los fitosteroles, lo que podría ser desventajoso para su aplicación en alimentos que reducen el colesterol, que generalmente también deben ser alimentos bajos en calorías.

Otra desventaja del proceso descrito, común a otros procesos en el estado de la técnica, es que la etapa de homogeneización se lleva a cabo sobre una dispersión acuosa de esteroles sólidos que puede causar una abrasión grave en las válvulas del homogeneizador. En el proceso de la presente invención, la homogeneización se lleva a cabo sobre emulsiones de esterol. Esto no solo reduce los problemas de abrasión esperados, sino que también, inesperadamente, la dispersión resultante resulta tener características sorprendentes, como una mayor estabilidad, la posibilidad de utilizar una amplia gama de emulsionantes a concentraciones muy bajas en relación con los fitosteroles y en presencia de grandes concentraciones de fitoesterol.

Es evidente que no existe un proceso en el estado de la técnica para preparar suspensiones acuosas de fitosterol que tengan una estabilidad muy alta, estabilizadas por uno o más agentes tensioactivos seleccionados de una amplia gama de emulsionantes que comprenden agentes tensioactivos hidrófilos e hidrófobos o emulsionantes en el intervalo de valores de HLB que varían de aproximadamente 1 a aproximadamente 20, que permita la producción de dispersiones con un bajo contenido de fitosterol y también dispersiones con más del 10 %, preferentemente más del 20 % de fitosteroles con base en el peso de la dispersión acuosa.

El proceso descrito en la presente solicitud permite la preparación de dispersiones de fitosterol altamente estables utilizando una amplia gama de emulsionantes de calidad alimentaria y sus mezclas, con números de HLB entre 1 y 20, con baja relación emulsionante/fitosterol, y es un proceso extremadamente simple que se puede llevar a cabo satisfactoriamente en una sola etapa. Asimismo, el intervalo de concentración de fitosteroles en las dispersiones de la presente invención varía de 0,1 g a 400 g de esteroles dispersos por litro de dispersión, que son dos órdenes de magnitud más altas que las concentraciones más altas alcanzadas para cualquier dispersión estable de fitosterol descrita en el estado de la técnica. Esta es otra ventaja del proceso de la invención, ya que se requieren o se prefieren dispersiones acuosas con alto contenido de fitosterol en determinadas aplicaciones en las que se requiere una alta concentración de fitosteroles dispersos, por ejemplo, en aditivos de margarina. Asimismo, cuando el objetivo es obtener un polvo dispersable, es preferible comenzar con una dispersión que tenga el menor contenido de agua posible para reducir las dificultades relacionadas con la eliminación de agua.

Aunque la presente invención estuvo motivada por la necesidad detectada de proporcionar un proceso para obtener dispersiones de fitosterol en donde el producto del proceso pudiera superar todas las desventajas de las dispersiones de fitosterol obtenidas utilizando los procesos descritos en el estado de la técnica, se ha encontrado que las dispersiones preparadas de acuerdo con el proceso descrito en la presente, tanto las dispersiones acuosas como los fitosteroles en polvo resuspendidos, inesperada y sorprendentemente exhibieron un efecto reductor significativamente mayor del colesterol con respecto al efecto exhibido por las dispersiones del estado de la técnica, como se mostrará en el Ejemplo 16.

Breve descripción de la invención

La presente invención se refiere a un proceso que se define en las reivindicaciones. A saber, es un proceso para la preparación de una dispersión de fitosterol en agua, dicho proceso comprende las etapas de:

a) mezclar y dispersar en un recipiente cerrado agitado mecánicamente provisto de un sistema de transferencia de calor a 150-200 °C uno o más fitosteroles y uno o más emulsionantes en agua para obtener una emulsión; b) homogeneizar la emulsión obtenida en la etapa a) en un homogeneizador a una presión de 3 a 30 MPa (30 a 300 bares) y 150-200 °C para obtener una mezcla homogeneizada; y

c) enfriar la mezcla homogeneizada de la etapa b) para obtener una dispersión de fitosterol o fitosteroles en agua.

Para preparar dispersiones acuosas de fitosterol altamente estables, se mezclan fitosteroles, un medio acuoso y uno o más emulsionantes y se dispersan en un dispersador adecuado a una temperatura por encima del punto de fusión de los fitosteroles para obtener una emulsión acuosa de fitosterol, seguido de enfriamiento de la emulsión para producir una dispersión acuosa de fitosterol altamente estable. El proceso inventado y descrito en detalle a continuación permite la preparación de dispersiones acuosas de fitosterol que tienen una estabilidad sorprendentemente alta, con un tamaño de partícula promedio de menos de 1000 nm incluso a una alta concentración de fitosterol basada en la dispersión. Los dispersores adecuados para llevar a cabo la primera etapa de la presente invención incluyen dispersores de rotor-estator tales como molinos coloidales, recipientes agitados con agitadores de turbina de palas planas, impulsores Cowles, impulsores de palas puntiagudas, impulsores de dientes de sierra y muchos otros diseños de mezclador-agitador, tales como equipos de mezcla de Silverson Machines y homogeneizadores de presión

Descripción detallada de la invención

El primer objetivo de la presente invención es proporcionar procesos para la preparación de dispersiones acuosas de fitosterol altamente estables para ser utilizadas como ingredientes alimentarios o farmacéuticos o formuladas en diversas aplicaciones.

El segundo objetivo de la presente invención es proporcionar procesos para la preparación de suspensiones acuosas de fitosterol altamente estables que se utilizarán solas o como ingrediente alimentario o farmacéutico para inhibir la absorción de colesterol de la dieta en sujetos humanos a niveles significativamente más altos que los exhibidos por productos similares que contienen fitosterol del estado de la técnica. Para preparar dispersiones con tales características, fitosteroles, un medio acuoso y uno o más emulsionantes se mezclan y la mezcla se dispersa en un dispersador adecuado a una temperatura por encima del punto de fusión de los fitosteroles para obtener una emulsión acuosa de fitosterol, seguido de enfriamiento de la emulsión para producir una dispersión acuosa de fitosterol altamente estable. Los dispersores adecuados para llevar a cabo la primera etapa de la presente invención incluyen dispersores de rotor-estator tales como molinos coloidales, depósitos agitados con agitadores de turbina de palas planas, impulsores Cowles, impulsores de palas puntiagudas, impulsores de dientes de sierra y muchos otros diseños de mezclador-agitador, tales como mezcladores de Silverson Machines y homogeneizadores de presión

El tercer objetivo de la presente invención es proporcionar procesos para la preparación de fitosteroles dispersables en agua en polvo que se utilizarán solos o en la preparación de un alimento o producto farmacéutico que se administrará a sujetos humanos para inhibir la absorción de colesterol en la dieta a niveles significativamente más altos que los exhibidos por productos similares que contienen fitosteroles en polvo del estado de la técnica. Para la preparación de fitosteroles en polvo con tales características, fitosteroles, un medio acuoso y uno o más emulsionantes se mezclan y la mezcla se dispersa en un dispersador adecuado a una temperatura por encima del punto de fusión de los fitosteroles para obtener una emulsión acuosa de fitosterol, seguido de enfriamiento de la emulsión para producir una dispersión acuosa de fitosterol altamente estable. Los dispersores adecuados para llevar a cabo la primera etapa de la presente invención incluyen dispersores de rotor-estator tales como molinos coloidales, depósitos agitados con agitadores de turbina de palas planas, impulsores Cowles, impulsores de palas puntiagudas, impulsores de dientes de sierra y muchos otros diseños de mezclador-agitador, tales como mezcladores de Silverson Machines y homogeneizadores de presión Las dispersiones obtenidas se deshidratan posteriormente para obtener fitosteroles en polvo dispersables en agua.

Una forma de cuantificar la estabilidad de una dispersión acuosa de fitosterol en la presente invención y en las descripciones de Stevens y Schmeltzer y Yoonet al.,es la medición de la cantidad de fitosteroles separados de una dispersión al centrifugar la dispersión en condiciones estandarizadas. Con este fin, se centrifuga una cantidad de dispersión que tiene una determinada concentración de fitosterol a 3000 g durante 10 minutos, luego se recupera la dispersión acuosa resultante y se mide la concentración de fitosterol. La estabilidad de la dispersión original se expresa en términos del rendimiento de fitosteroles que permanecen en suspensión después de la centrifugación. Cuanto menor sea la cantidad de fitosteroles separados, mayor será la estabilidad de la dispersión (véase la Ecuación 1):

E = MI * XI / (M0 * X0) * 100, (Ecuación 1)

en donde:

E Estabilidad de la dispersión, %

M0 Masa de dispersión centrifugada, g

X0 Porcentaje de fitosteroles en la dispersión centrifugada, %

M1 Masa de dispersión recuperada, g

X1 Porcentaje de fitosteroles en la dispersión recuperada, %

En las condiciones de ensayo, en las dispersiones de fitosterol de acuerdo con la presente invención, a diferencia de las dispersiones de la técnica anterior, no se observa precipitación de fitosterol o la estabilidad de la dispersión es superior al 75 % después de la centrifugación,es decir,más del 75 % de los fitosteroles de la muestra permanecen en suspensión después del ensayo de centrifugación.

Para los fines de la presente invención, el término "fitosterol" se refiere principalmente a esteroles libres de origen vegetal, que en la presente invención comprenden fitosteroles libres específicos tales como sitosterol, campesterol, estigmasterol, brasicasterol, avenasterol o mezclas de esteroles vegetales libres específicos conocidos como fitostanoles, tales como sitostanol, campestanol y mezclas de los mismos, y también ésteres de fitosterol o fitostanol con ácidos orgánicos, tales como ácidos grasos, ácido succínico, ácido ferúlico y otros ácidos, mezclas de dichos ésteres y generalmente ésteres con ácidos que tienen de 1 a 24 átomos de carbono, glucósidos y otros derivados de los mismos.

Los fitosteroles específicos o mezclas de los mismos se pueden aislar de una variedad de semillas oleaginosas tales como soja, colza, maíz, girasol, semilla de algodón y similares. También se pueden obtener a partir de subproductos de la industria de fabricación de pulpa de papel, como jabones de aceite de resina, aceite de resina o el residuo de la destilación de aceite de resina, conocido como alquitrán de aceite de resina.

Los agentes tensioactivos o emulsionantes útiles para la presente invención comprenden una amplia variedad de agentes tensioactivos o emulsionantes, especialmente agentes tensioactivos o emulsionantes de calidad alimentaria que tienen valores de HLB que varían de 1 a 20, algunos de los cuales se ilustran en la Tabla 2 con su número de HLB

Tabla 2: Emulsionantes alimentarios.

El primer objetivo de la presente invención se puede lograr mezclando fitosteroles, uno o más emulsionantes, preferentemente emulsionantes de calidad alimentaria, que tienen índices de HLB que varían de 1 a 20, y un medio acuoso, preferentemente agua, más preferentemente agua blanda. En el caso de que solo se disponga de agua dura o semidura, esta puede ablandarse mediante técnicas bien conocidas en el estado de la técnica, incluyendo tratamientos químicos, intercambio iónico y también destilación. Una vez que las dispersiones se preparan de acuerdo con los procesos de la presente invención, dichas dispersiones se pueden mezclar con una amplia gama de productos para su uso en alimentos, bebidas, nutracéuticos, productos farmacéuticos o cosméticos.

Otros medios acuosos que se pueden usar en la presente invención son soluciones, emulsiones o dispersiones acuosas naturales o artificiales que se usan preferentemente en los alimentos, tales como leche, suero y derivados de estos, zumos y sus derivados, soluciones y bases para preparar bebidas de fantasía, derivados acuosos de soja y de otras semillas, infusiones de hierbas, bebidas alcohólicas y similares.

Por cada gramo de fitosteroles en la mezcla, la cantidad de emulsionante(s) puede variar de 100 |jg a 1000 mg, preferentemente la cantidad estará dentro del intervalo de 10 mg a 200 mg. La cantidad de fitosteroles en la mezcla puede variar de 100 mg por litro a 500 g por litro de dispersión. En la técnica anterior no hay ejemplos de emulsiones o dispersiones de fitosterol con un contenido de fitosterol superior a 200 g/litro.

La selección del tipo y la cantidad de emulsionante o mezcla de emulsionantes se puede adaptar de acuerdo con la aplicación particular de los usuarios. Las formulaciones específicas se describen en los ejemplos para ilustrar la invención, pero no limitan el alcance de la invención, lo que permite a un experto en la técnica realizar otras aplicaciones específicas adaptadas a requisitos específicos sin afectar la estabilidad de la dispersión de fitosterol en la formulación particular.

Una ventaja adicional de los procesos descritos en la presente invención es su capacidad para preparar emulsiones y dispersiones con alto contenido de fitosterol, ya que en muchas aplicaciones, como la formulación de cremas, margarinas especiales o en los casos en que es deseable obtener polvos de fitosterol dispersables, podría ser ventajoso o incluso necesario utilizar emulsiones o dispersiones muy concentradas.

Posteriormente, la mezcla se calienta a una temperatura entre 140 °C y 250 °C, preferentemente entre 150 °C y 200 °C, los fitosteroles de la mezcla se licuan dando como resultado una mezcla líquida formada por los fitosteroles, emulsionantes y el medio acuoso, y la mezcla líquida se dispersa luego en un dispersador adecuado para formar una emulsión de fitosteroles en el medio acuoso. El calentamiento y la dispersión de la mezcla para formar una emulsión de fitosteroles en el medio acuoso se puede realizar en un recipiente agitado cerrado provisto de un sistema de transferencia de calor adecuado tal como serpentines o una camisa, donde un fluido de transferencia de calor adecuado circula a una temperatura deseada, o el calentamiento se puede llevar a cabo usando un baño de calentamiento a una temperatura deseada en donde el recipiente está parcial o totalmente sumergido.

Es conveniente llevar a cabo el proceso de emulsificación de fitosterol en ausencia de oxígeno para evitar la oxidación de los fitosteroles o los emulsionantes que puede ocurrir debido a la alta temperatura a la que se realiza el proceso de emulsificación. Una alternativa para reducir o eliminar el oxígeno consiste en realizar el proceso de emulsificación en un recipiente agitado cerrado en el que el volumen de la cabeza se llena con gas nitrógeno. La mezcla de fitosteroles, medio acuoso y emulsionante o emulsionantes se alimenta luego a través de la línea de alimentación al reactor desplazando parte del nitrógeno en el recipiente, por lo que el espacio de cabeza o el volumen muerto en el recipiente estará ocupado por nitrógeno.

Otra forma conveniente de llevar a cabo el proceso de emulsificación en el recipiente agitado es evacuar el aire del recipiente por medio de una bomba de vacío y luego alimentar la mezcla de fitosteroles, medio acuoso y los emulsionantes en dicho recipiente antes de calentar dicha mezcla.

La mezcla de fitosteroles, medio acuoso y emulsionantes se calienta en el recipiente cerrado hasta la temperatura deseada, típicamente entre 140 ° y 200 °C, con agitación. Una vez que se alcanza la temperatura deseada, la agitación se mantiene durante un período que varía de 1 segundo a 1 hora, después de lo cual se detiene el calentamiento y la mezcla emulsionada se enfría, generalmente por debajo de 140 °C. El enfriamiento de la mezcla emulsionada se puede llevar a cabo ya sea por convección natural, deteniendo el calentamiento y dejando que la mezcla se enfríe, o por convección forzada, haciendo circular un fluido frío dentro de la camisa o el serpentín del recipiente manteniendo la agitación. Una vez que la mezcla emulsionada se enfría, se obtiene una dispersión acuosa de fitosterol altamente estable, con un tamaño de partícula promedio generalmente inferior a 1000 nm.

La emulsificación de la mezcla de fitosteroles, medio acuoso y uno o más emulsionantes también se puede llevar a cabo convenientemente en dispersadores que consisten en mezcladores en línea y mezcladores de alimentación por el fondo y el proceso de emulsificación también se puede llevar a cabo en un proceso continuo en cualquiera de los mezcladores mencionados anteriormente. Cuando el proceso de emulsificación se lleva a cabo en un proceso continuo, la eliminación de aire del medio acuoso se puede realizar, por ejemplo, calentando el medio acuoso hasta entre 90 °C y 95 °C, luego pasándolo a un desaireador, tal como una columna empaquetada, y después alimentando el medio acuoso, los fitosteroles y el uno o más emulsionantes continuamente en el mezclador. La emulsión que sale del mezclador continuo se enfría luego para obtener una dispersión acuosa de fitosterol altamente estable, que tiene un tamaño de partícula promedio generalmente menor que 1000 nm.

Cuando el emulsionante utilizado en un lote o en un proceso continuo, ya sea solo o en combinación con otros emulsionantes, es una sal de un ácido orgánico en una proporción de al menos 0,5 % en peso con respecto a los fitosteroles utilizados, la dispersión resultante es sorprendentemente translúcida, con un tamaño de partícula promedio menor que 100 nm. Preferentemente, las sales pueden ser sales de sodio o potasio y ácidos orgánicos de 1 a 24 átomos de carbono, preferentemente de 10 a 24 átomos de carbono, saturados o monoinsaturados o poliinsaturados. Estas sales de ácidos orgánicos se pueden añadir directamente a la mezcla a emulsionar o se pueden formarin situdurante el proceso de emulsificación mediante la neutralización del ácido orgánico correspondiente con hidróxido de sodio o potasio que se incorpora a la mezcla emulsionada. Como se muestra en los Ejemplos, la presente invención permite la formación sorprendente de dispersiones acuosas de fitosterol altamente estables, con 1 % de emulsionantes en relación con el contenido de fitosterol y un tamaño promedio de aproximadamente 100 nm.

Los procesos de dispersión de la presente invención también se pueden llevar a cabo, si se desea, en presencia de uno o más coloides protectores, tales como gelatina, quitosano, caseína, goma arábiga, almidones y polímeros tales como alcoholes polivinílicos, polivinilpirrolidonas y polialquilenglicoles, entre muchos otros. Preferentemente, dichos coloides protectores se pueden mezclar directamente en la dispersión, en la emulsión o en la mezcla de fitosteroles, uno o más emulsionantes y el medio acuoso. El uso de un coloide protector es particularmente conveniente cuando la dispersión o la posterior aplicación de la dispersión durará períodos de almacenamiento muy largos.

Los procesos de dispersión mencionados anteriormente también se pueden llevar a cabo, si se desea, en presencia de un agente antiaglomerante que comprende almidones (almidón con alto contenido de amilosa, almidón de maíz, almidón octenil succinilado, almidón acetilado), dextrinas (maltodextrina, ciclodextrinas, isodextrinas), proteínas (gluten de trigo, harina de trigo, concentrado de harina de trigo, harina de soja, concentrado de harina de soja) e inhibidores del crecimiento cristalino (ésteres de poliglicerol, polirricinoleatos de poliglicerol). Preferentemente, el agente antiaglomerante se puede mezclar directamente en la dispersión, en la emulsión o en la mezcla de esteroles, uno o más emulsionantes y el medio acuoso. El uso de un agente antiaglomerante es especialmente ventajoso cuando la dispersión se usa para producir polvo de fitosterol dispersable.

Si se desea, también es posible obtener una dispersión de fitosterol con un tamaño de partícula promedio más pequeño y con menos dispersión de tamaño alrededor del tamaño promedio, si en lugar de enfriar la emulsión acuosa formada, dicha emulsión se homogeneiza adicionalmente en un homogeneizador o en un molino coloidal. Si se utiliza un homogeneizador, el mezclador emulsionado se alimenta a un homogeneizador.

El mezclador emulsionado se homogeneiza a una presión de 3 a 30 MPa (30 a 3000 bares) y a una temperatura de 140 °C a 250 °C, preferentemente de 150 °C a 200 °C. Además, si se desea, la mezcla emulsionada se puede homogeneizar en un homogeneizador de una sola etapa o de múltiples etapas, preferentemente en un homogeneizador de dos etapas. Si la homogeneización se realiza en dos etapas, la presión en la primera etapa puede variar de 10 a 300 MPa (100 a 3000 bares), mientras que la presión en la segunda etapa puede variar de 2,5 a 10 MPa (25 a 100 bares). La emulsión homogeneizada que sale de la línea de descarga es una dispersión acuosa altamente estable de fitosteroles cuando se enfría.

Una ventaja adicional del proceso de la presente invención con respecto a los procesos del estado de la técnica es el uso de homogeneización a alta temperatura sin presencia de partículas sólidas en la mezcla homogeneizada. Las dispersiones de fitosterol en realidad se homogeneizan en los procesos actuales del estado de la técnica. A altas presiones tales como aquellas a las que operan los procesos de homogeneización, la presencia de partículas sólidas de fitosterol puede ejercer un efecto abrasivo considerable sobre las válvulas del homogeneizador, que no se observa usando el proceso de la presente invención.

Alternativamente, la preparación de dispersiones estables de fitosteroles también se puede llevar a cabo alimentando en un homogeneizador de una o dos etapas una mezcla de fitosteroles, un medio acuoso y uno o más emulsionantes, donde la temperatura de la mezcla varía de 140 °C a 250 °C, preferentemente de 150 °C a 200 °C. En el caso de que la homogeneización se realice en dos etapas, la presión en la primera etapa puede variar de 3 a 200 MPa (30 a 2000 bares) y en la segunda etapa puede variar de 2 a 10 MPa (20 a 100 bares). La emulsión homogeneizada que sale de la línea de descarga produce una dispersión acuosa estable de fitosteroles cuando se enfría.

Para determinadas aplicaciones, es deseable el uso de polvos de fitosterol dispersables que puedan resuspenderse fácilmente en un medio acuoso para producir una dispersión.

Para obtener tales polvos de fitosterol dispersables, la mezcla de fitosterol emulsionada o dispersada, el medio acuoso, uno o más emulsionantes y opcionalmente uno o más agentes antiaglomerantes obtenidos mediante cualquiera de los procesos descritos anteriormente se pueden deshidratar preferentemente alimentando la emulsión o la dispersión a una cámara de secado por pulverización con un disco giratorio o atomizadores de boquilla a una temperatura entre 80 °C y 250 °C. La operación se puede llevar a cabo en un proceso en paralelo o en contracorriente. El polvo de fitosterol dispersable resultante puede tener un tamaño de partícula promedio mayor de 1 micrómetro, que es relativamente grande, comparable a los obtenidos en procesos del estado de la técnica. Sin embargo, a pesar de un tamaño de partícula relativamente grande, el polvo de fitosterol dispersable obtenido usando los procesos descritos en la presente invención exhibió un efecto reductor del colesterol sorprendentemente alto

Por lo tanto, el primer objetivo de la presente invención se obtiene por medio de un proceso que se define por las reivindicaciones que comprenden:

1. a) dispersar uno o más fitosteroles, un medio acuoso y uno o más emulsionantes en un dispersador, a una temperatura de al menos 140 °C, para obtener una emulsión; y

1. b) enfriar la emulsión para obtener una dispersión acuosa de fitosteroles.

Para lograr el segundo objetivo de la presente invención, las composiciones alimenticias o farmacéuticas que comprenden una dispersión de fitosterol preparada de acuerdo con los procesos descritos, o directamente cualquiera de las dispersiones obtenidas usando cualquiera de los procesos descritos, se administran a sujetos humanos. Las dispersiones de fitosterol obtenidas por el proceso de la presente invención se pueden incorporar en una variedad de productos alimenticios adecuados, complementos alimenticios, aditivos alimentarios, nutracéuticos y bebidas tales como productos lácteos (queso, mantequilla, leche, helado, yogur y similares), alimentos grasos (margarina, mayonesa, manteca, aceites comestibles y similares), productos a base de cereales (pan, galletas, pasta, masas y similares), caramelos y productos de confitería (chocolates, caramelos, goma de mascar y similares), bebidas alcohólicas y no alcohólicas (incluidas sodas, zumos, suplementos dietéticos y similares), productos diversos (huevos y productos derivados de huevo, alimentos procesados, premezclas, salsas preparadas, sopas en polvo y similares), suplementos dietéticos (bebidas, barras de cereales, comprimidos, cápsulas y similares) o sobres para uso directo. Las dispersiones de fitosterol obtenidas mediante el proceso de la presente invención se pueden incorporar en una variedad de preparaciones farmacéuticas y cosméticas adecuadas, que incluyen cápsulas, cápsulas blandas, jarabes, soluciones, ungüentos, cremas o geles, junto con excipientes y/o diluyentes adecuados, estabilizantes o compuestos activos. Estos productos comprenden de 10 mg a 50 g de fitosteroles de la dispersión de fitosterol utilizada para la formulación del producto, por cada 100 g del producto formulado.

Para inhibir la absorción de colesterol de la dieta en sujetos humanos en un grado significativamente mayor que la reducción observada cuando a los mismos sujetos se les administran productos que contienen fitosterol preparados de acuerdo con las técnicas del estado de la técnica, a los sujetos humanos se les administra periódicamente, típicamente a diario, una composición alimenticia o producto farmacéutico o una dispersión con una cantidad total de fitosteroles que varía de 0,1 g a 3,0 g por día.

Para lograr el tercer objetivo de la presente invención, se administran a sujetos humanos composiciones alimenticias o productos farmacéuticos que comprenden polvos de fitosterol obtenidos de acuerdo con los procesos descritos en la presente invención o, directamente, polvos de fitosterol obtenidos de acuerdo con los procesos descritos en la presente invención. De acuerdo con la presente invención, los polvos de fitosterol se pueden incorporar en productos alimenticios adecuados tales como bebidas lácteas, sodas, bebidas alcohólicas, zumos de frutas, yogur, helado, mayonesa, margarina, productos a base de cereales tales como pan, pasta, galletas, masas, sopas en polvo, leche en polvo, salsas y otros. Las formas farmacéuticas adecuadas comprenden jarabes, comprimidos y cápsulas farmacéuticas.

Dichos productos comprenden de 10 mg a 50 g de polvo de fitosterol por 100 g de producto formulado.

Para usar los polvos de fitosterol de la presente invención para inhibir la absorción de colesterol en sujetos humanos en un grado significativamente mayor que la reducción observada cuando a los mismos sujetos se les administran polvos de fitosterol conocidos en el estado de la técnica, a los sujetos humanos se les administra periódicamente, típicamente sobre una base diaria, una composición o producto alimenticio que comprende una cantidad de fitosteroles de 0,1 g a 3,0 g por día.

En los siguientes ejemplos, a menos que se indique lo contrario, se utilizaron fitosteroles de aceite de resina correspondientes a la composición mostrada en la Tabla 3. A lo largo de los ejemplos, se utilizó agua blanda y todos los tensioactivos probados fueron tensioactivos de calidad alimentaria.

Tabla 3: Composición de fitosterol de aceite de resina

Con el fin de comparar la estabilidad de las dispersiones de fitosterol preparadas de acuerdo con los procesos descritos en la presente invención con aquellas dispersiones de fitosteroles preparadas de acuerdo con los procesos del estado de la técnica sobre la misma base, se prepararon dispersiones de fitosterol como se describe en el ensayo No. 5 del Ejemplo 1 de la Solicitud de patente de EE. UU. 20040029844 y en el Ejemplo 1 de la Solicitud de patente de EE. UU. 20070031570, y su estabilidad se midió utilizando el método de centrifugación y la Ecuación 1 descritos anteriormente

Modo de llevar a cabo la invención

Ejemplo 1.

Estabilidad de una dispersión de fitosterol preparada de acuerdo con el proceso descrito en el ensayo No. 5 del Ejemplo 1 de la Solicitud de Patente de EE. u U. 20040029844.

250 g de fitosteroles, 25 g de estearato de sacarosa (Sistema SP50) y 17,5 g de laurato de sorbitán (Span 20) se fundieron juntos a 135 °C. La mezcla fundida se vertió en un recipiente que contenía 5000 g de agua mantenido a 80 °C. La mezcla se agitó a 7000 rpm durante 15 minutos. Se retiraron 100 g de la dispersión formada y se dejaron enfriar a temperatura ambiente (Muestra 1.1). Además, 500 g de la dispersión formada se alimentaron a un homogeneizador APV-Gaulin, modelo MR-15 y se homogeneizaron en una etapa a 48 MPa (480 bares). La mezcla homogeneizada se dejó enfriar posteriormente a temperatura ambiente (Muestra 1.2).

La estabilidad de ambas muestras se determinó de acuerdo con la Ecuación 1. La mezcla no homogeneizada (muestra 1.1) produjo un porcentaje de estabilidad de 28,2 %. La mezcla homogeneizada (muestra 1.2) produjo un porcentaje de estabilidad de 41,5 %.

Las muestras preparadas tenían un promedio de 4,7 % de fitosteroles en función de la dispersión y tenían una relación de emulsionantes con respecto a los fitosteroles de 17,0 %. La mezcla emulsionante tuvo un valor promedio de HLB de 10.

Ejemplo 2.

Estabilidad de una dispersión de fitosterol preparada de acuerdo con el proceso descrito en el Ejemplo 1 de la Solicitud de Patente de EE. UU. 20070031570.

Se calentaron 500 g de agua en un recipiente a 49 °C. Después se agregaron 33,3 g de lecitina de soja con agitación y se continuó agitando durante 20 minutos. Después se agregaron 16,7 g de fitosteroles y 50 g de maltodextrina y se agitó adicionalmente durante otros 20 minutos. Posteriormente, la mezcla se calentó a 74 °C y se alimentó a un reactor Parr de laboratorio de 1 litro de alta presión. La mezcla se calentó a 152 °C durante 1,5 minutos mediante la adición de vapor vivo a través de una válvula ubicada en la cabeza del reactor. A continuación, el reactor se enfrió rápidamente hasta una temperatura de la mezcla del núcleo de 79 °C. Al abrir el reactor, se tomaron 200 g de la dispersión y se dejaron enfriar a temperatura ambiente (Muestra 2.1). Además, se tomaron 300 g de la dispersión a 79 °C y se alimentaron a un homogeneizador APV-Gaulin, modelo MR-15. La mezcla se homogeneizó en dos etapas, a 24 MPa (240 bares) y 3,5 MPa (35 bares) respectivamente, y luego se dejó enfriar a temperatura ambiente (Muestra 2.2).

El porcentaje de estabilidad de ambas muestras se determinó de acuerdo con la Ecuación 1. La mezcla no homogeneizada (muestra 2.1) produjo un porcentaje de estabilidad de 17,4 %. La mezcla homogeneizada (muestra 2.2) produjo un porcentaje de estabilidad de 31,5 %.

Las muestras preparadas contenían un promedio de 3,3 % de fitosteroles en base a la dispersión y tenían una relación de emulsionantes con respecto a los fitosteroles de 199,0 %. El valor promedio de HLB para la lecitina de soja es 3,8.

Ejemplo 3.

Estabilidad de las dispersiones de fitosterol preparadas mediante el proceso de la presente invención utilizando los emulsionantes de los Ejemplos 1 y 2.

Ensayo 3.1

Un reactor Parr de 1 litro (Parr Instrument Company, Moline, IL. EUA) provisto de un agitador de turbina, líneas de nitrógeno y vacío y calentamiento eléctrico con control de temperatura termostático se cargó con agua blanda, fitosteroles y uno o más emulsionantes de acuerdo con la Tabla 4. El reactor cerrado se evacuó durante 2 minutos a 30 rpm. Después, la velocidad del agitador se aumentó a 700 rpm y el reactor se calentó a 160 °C durante 10 minutos. Luego, el reactor se dejó enfriar a 25 °C y la presión interna se igualó a la presión atmosférica con nitrógeno. Se tomó una muestra de la dispersión y se determinó su porcentaje de estabilidad.

Tabla 4

Ensayo 3.2

El ensayo se repitió en las condiciones de operación del ensayo 3.1, pero variando la cantidad de fitosteroles y la cantidad y el tipo de emulsionante como se muestra en la Tabla 5 junto con la estabilidad de la dispersión resultante Tabla 5

Posteriormente se prepararon dos emulsiones adicionales de acuerdo con las condiciones de la Tabla 4 y la Tabla 5 y se homogeneizaron a 160 °C y después se enfriaron a temperatura ambiente. Ambas preparaciones mostraron una estabilidad superior al 99 %.

A partir de los resultados del Ejemplo 3, se puede observar que el proceso de la invención, a diferencia de los procesos del estado de la técnica, permite la preparación de dispersiones de fitosterol altamente estables sin una etapa de homogeneización, tanto con un emulsionante de bajo valor de HLB (lecitina de soja HLB 3,8) como con un emulsionante de alto valor de HLB (éster estearílico de sacarosa, HLB 11).

Ejemplo 4.

Dispersiones de fitosterol preparadas con sales sódicas de ácidos grasos de girasol.

Ensayo 4.1

Un reactor Parr de 1 litro (Parr Instrument Company, Moline, IL. EUA) provisto de un agitador de turbina, líneas de nitrógeno y vacío y calefacción eléctrica con control termostático de temperatura se cargó con 500 g de agua blanda, 5 g de fitosteroles y 0,05 g de sales de sodio de ácidos grasos de girasol (SSSFA). El reactor cerrado se evacuó durante 2 minutos con agitación a 30 rpm. Después, la velocidad del agitador se aumentó a 700 rpm y el reactor se calentó a 160 °C durante 10 minutos. Luego, el reactor se dejó enfriar a 25 °C y la presión interna se igualó a la presión atmosférica con nitrógeno. Se tomó una muestra de la dispersión y se evaluó que su estabilidad era superior al 99 %, como se muestra en la Tabla 6. El ensayo se repitió seis veces más (ensayos 4.2 a 4.7) en las mismas condiciones de operación pero usando diferentes cantidades de fitosteroles y SSSFA como se muestra en la Tabla 6. En cada caso, la estabilidad de las dispersiones resultantes se determinó como se muestra en la Tabla 6. En todos los casos, la estabilidad de las dispersiones resultantes fue superior al 99 %.

Tabla 6

Como se muestra, el porcentaje de dispersiones estables de fitosteroles es superior al 99 %, incluso con solo el 1% de emulsionantes en relación con los fitosteroles.

Cuando el contenido de fitosterol basado en la dispersión era superior al 5 %, las dispersiones de fitosterol resultantes tenían una mayor viscosidad, lo que las hacía más adecuadas para formulaciones alimentarias como productos lácteos, margarinas, mayonesas y otros, lo que confería una buena estabilidad y palatabilidad a tales productos.

El tamaño promedio de partícula del ejemplo 4.1 es de aproximadamente 100 nm. La dispersión es semicristalina.

Ejemplo 5.

Dispersiones de fitosterol preparadas con sales sódicas de ácidos grasos de aceite de coco.

El ensayo 4.3 del Ejemplo 4 se replicó pero usando 7,5 g de sales de sodio de ácidos grasos de aceite de coco como emulsionante en lugar de 0,5 g de sales de sodio de aceite de girasol. La dispersión resultante fue un gel semitransparente con un porcentaje de estabilidad del 100 %. La dispersión se incorporó fácilmente en las formulaciones alimentarias.

Ejemplo 6.

Estabilidad de las dispersiones homogeneizadas

Ensayo 6.1

Un reactor de acero inoxidable 316 de 300 litros provisto de un agitador de turbina y deflectores internos, una línea de nitrógeno y vacío, una camisa de calentamiento calentada con aceite térmico con control de temperatura termostático y se cargó una camisa de enfriamiento con 150 kg de agua blanda, 1,5 kg de fitosteroles y 150 g de Span 20. El reactor cerrado se evacuó a 5 kPa (50 mbares) a una velocidad de agitación de 15 rpm y después se igualó con nitrógeno. Se repitió la operación y finalmente se evacuó el reactor a unos 5 kPa (50 mbares). Después, la velocidad del agitador se aumentó a 330 rpm y el reactor se calentó a 160 °C durante 20 minutos. Posteriormente, la emulsión a 160 °C se alimentó a un homogeneizador MR-15 APV-Gaulin calentado y se homogeneizó en dos etapas, a 30 MPa (300 bares) y 5 MPa (50 bares), respectivamente. Se tomó una muestra de la emulsión homogeneizada y se dejó enfriar a temperatura ambiente. La estabilidad de la dispersión resultante fue del 90 %, como se muestra en la Tabla 7.

El ensayo descrito se replicó en las mismas condiciones de operación para varias otras combinaciones de tipo de emulsionante y relaciones de fitosteroles/emulsionante como se muestra en la Tabla 7 junto con los valores de estabilidad resultantes para cada combinación.

Tabla 7

Como se observa a partir de los valores en la Tabla 7, el proceso de la presente permite la preparación de dispersiones acuosas de fitosterol altamente estables utilizando una amplia gama de emulsionantes que van desde emulsionantes de bajo HLB (monoglicéridos) hasta emulsionantes de alto HLB (oleato de sodio), una amplia gama de concentraciones de fitosterol y una amplia gama de relaciones fitosterol/emulsionante en la dispersión

Ejemplo 7.

Estabilidad de las dispersiones con una mezcla de emulsionantes

Se preparó una serie de dispersiones de fitosterol como se describe en el Ejemplo 4 usando una mezcla de estearato de potasio y Tween 80 con diferentes relaciones relativas como se muestra en la Tabla 8 junto con la estabilidad respectiva de la dispersión resultante.

Tabla 8

Como se muestra en la Tabla 8, las mezclas de emulsionantes también se pueden formular para obtener dispersiones altamente estables. Al sustituir Tween 80 con polisorbatos, se obtuvieron de nuevo dispersiones altamente estables. Estas dispersiones se incorporan fácilmente en matrices alimentarias como bebidas, productos lácteos, margarinas, mayonesas y otros.

Ejemplo 8.

Dispersiones de fitosterol de soja preparadas con sales sódicas de ácidos grasos de girasol.

Se preparó una dispersión de fitosterol de soja de la composición mostrada en la Tabla 9 de acuerdo con las condiciones descritas en el Ejemplo 4.

Tabla 9: Composición de fitosteroles de soa.

La estabilidad de las dispersiones resultantes fue superior al 99 %, como en el caso de las dispersiones de fitosterol de aceite de resina preparadas con el mismo procedimiento.

Ejemplo 9.

Dispersiones de fitostanol (fitosterol hidrogenado) preparadas con sales sódicas de ácidos grasos de girasol. Se preparó una dispersión de fitostanoles con la composición indicada en la Tabla 10 de acuerdo con las condiciones del Ejemplo 4, pero con el reactor funcionando a 173 °C en lugar de 160 °C.

T l 1 : m i i n iliz n l E m l

Los resultados de estabilidad en este caso fueron similares a los obtenidos con fitosteroles de aceite de resina, es decir, una estabilidad superior al 99 %

Ejemplo 10.

Estabilidad de dispersiones de fitosterol preparadas con leche desnatada en proceso continuo.

El equipo experimental para este experimento consistió en un primer intercambiador de calor de placas (HE 1) para calentar la alimentación acuosa a un primer reactor Parr de 1 litro (P1) provisto de un agitador de turbina, un segundo intercambiador de calor de placas (HE 2) en la salida del reactor provisto de una válvula de descarga y operado a 5 °C para enfriar la dispersión descargada de P1 y un segundo reactor Parr (P2) calentado con una cinta eléctrica y conectado a P1 a través de una bomba de engranajes, que contiene fitosteroles líquidos a 160 °C bajo una atmósfera de nitrógeno. HE 1 se calentó con aceite térmico a 170 °C y se conectó a un tanque de alimentación a través de una bomba de engranajes. El sistema HE 1-P1-HE 2 se operó primero con agua blanda y se alcanzó un estado estacionario de 20 segundos de tiempo de residencia ajustando el flujo cuando la temperatura en P1 era de 160 °C. Después, el alimento se sustituyó por leche desnatada que contenía sales de sodio de ácidos grasos de girasol a una concentración de 50 mg/litro.

Después de unos minutos, P1 se alimentó desde P2 con fitosteroles líquidos a 160 °C a una velocidad de 20 g/minuto y, después de alcanzar un nuevo estado estacionario, se tomaron muestras de la dispersión de fitosterol en leche desnatada a la salida de HE 2.

No se observó separación de fases en la dispersión, el sabor era neutro y los fitosteroles dispersos no eran sabrosos. El porcentaje de estabilidad fue del 99 %.

Ejemplo 11.

Estabilidad de dispersiones de fitosterol preparadas con leche soja en un proceso continuo.

El Ejemplo 10 se replicó usando leche de soja en lugar de leche desnatada. Se obtuvo una dispersión de fitosterol en leche de soja. No se observó separación de fases, el sabor era neutro y los fitosteroles dispersos no eran sabrosos. El porcentaje de estabilidad fue del 99 %.

Ejemplo 12.

Estabilidad de dispersión de fitosterol altamente concentrado preparado con leche desnatada en proceso continuo.

La configuración experimental del Ejemplo 10 se modificó para llevar a cabo el Ejemplo 12 de la siguiente manera: se insertó un tercer intercambiador de calor (HE 3) entre P1 y HE 2. Un tercer reactor Parr (P3) que contenía leche desnatada se conectó a HE 3 a través de una bomba de engranajes. En este ejemplo, la temperatura de los fitosteroles fundidos en P2 (en una atmósfera de nitrógeno como en el Ejemplo 10) fue de 165 °C.

El sistema HE 1-P1-HE 3-HE 2 se operó primero con una solución de oleato de sodio al 0,65 % en agua blanda a una velocidad de 100 mL/min ingresando a P1 a través de HE 1 a 165 °C y dejando HE 2 a 15 °C. Después de algún tiempo, los fitosteroles fundidos de P2 comenzaron a alimentarse a P1 a una velocidad de 35 mL/min, y se descargó una dispersión viscosa a 63 °C a través de HE 2. En estas condiciones, la leche desnatada de P3 se alimentó a HE 3 a una velocidad de 7 L/min y todo el sistema se operó para alcanzar un estado estable. Después se tomaron muestras. No se observó separación de fases en las muestras, el sabor era neutro y los fitosteroles dispersos no eran sabrosos. La estabilidad fue del 99 %.

Ejemplo 13.

Preparación de un polvo de fitosterol dispersable

Se cargaron 100 kg de la dispersión de fitosterol del ensayo 6.1 del Ejemplo 6 en un mezclador de 500 litros provisto de un agitador de paletas central. Se agregaron 250 g de maltodextrina con agitación. La mezcla resultante se alimentó luego usando una bomba Moyno a una velocidad de 1,5 L/min a un atomizador Niro provisto de un disco atomizador que giraba a 12.000 rpm. Las temperaturas de entrada y salida fueron 210 °C y 105 °C, respectivamente. Se recogieron 745 g de fitosteroles en polvo. El polvo se resuspendió fácilmente en agua sin necesidad de agitación vigorosa u homogeneización.

Ejemplo 14.

Preparación de polvos de fitosteroles dispersables

La operación de secado del Ejemplo 13 se repitió con las dispersiones de fitosterol de los ensayos 6.2, 6.5, 6.8, 6.10, 6.19, 6.20 y 6.21 del Ejemplo 6. Los polvos obtenidos en cada ensayo se resuspendieron fácilmente en agua, leche, leche de soja, infusiones de hierbas y bebida de café con agitación suave.

Ejemplo 15.

Dispersión inestable de fitosterol

El mismo procedimiento de secado del Ejemplo 13 se repitió usando 100 litros de una dispersión de fitosterol preparada de acuerdo con el Ejemplo 2. El polvo de fitosterol resultante se asentó rápidamente.

Ejemplo 16.

Evaluación del efecto del consumo de dispersiones de fitosterol y fitosteroles dispersables sobre la absorciónin vivode colesterol.

Veintiséis (26) ratones C57/BL6 de 21 días de edad fueron alimentados libremente con una dieta base comercial baja en colesterol (< 0,02 %; Prolab RMH3000; PMI Feeds, St. Louis, MO) y se dividieron en cinco grupos. Cada grupo fue alimentadoadlibitumcon un ingrediente adicional aparte de su dieta basal, el ingrediente adicional para cada grupo fue el siguiente:

Grupo de control solución acuosa al 0,01 % de oleato de sodio

(n=5):

Grupo 1 (n=5): suspensión de fitosterol del ensayo 6.8 del Ejemplo 6.

Grupo 2 (n=6): suspensión al 1 % en fitosteroles preparados a partir de fitosteroles dispersables preparados de acuerdo con el Ejemplo 14 a partir del ensayo correspondiente 6.8

Grupo 3 (n=5): emulsión al 2 % de ésteres de fitostanol

Grupo 4 (n=5): suspensión al 1 % en fitosteroles preparados a partir de fitosteroles dispersables preparados de acuerdo con el Ejemplo 15.

La dosis de consumo diario estimada por ratón fue de 100 mg de fitosteroles o fitostanoles.

Para la determinación de la absorción de colesterol, se utilizó el método de relación isotópica dual en heces como se describe por Schwarzet al.(Schwarz M, Russell DW, Dietschy JM, Turley SD. (1998) La marcada reducción en la síntesis de ácidos biliares en ratones deficientes en colesterol 7 a-hidroxilasa no conduce a una disminución del recambio de colesterol tisular o a hipercolesterolemia J. Lipid Res. 39: 1833-1843), que consiste en la medición indirecta de la diferencia entre la radiactividad de una dosis única de colesterol radiomarcado administrada por sonda y la radiactividad encontrada en las heces recolectadas durante 24 h después de la administración oral de colesterol radiomarcado. El método incluye la administración conjunta de un estándar de sitostanol interno radiomarcado no absorbible junto con el colesterol, para la calibración de las mediciones.

Después de 40 días de tratamiento con fitosteroles y fitostanoles, a los animales se les administró una dosis única que contenía 1 uCi de [4-14C]-colesterol junto con 2 uCi de [5,6 -3H]-sitostanol. Se recogieron las heces correspondientes a un período de 24 horas. Los lípidos se extrajeron de la mezcla dosificada y de las heces para luego medir la diferencia en la relación 14C/3H.

Resultados:

Tabla 11

Los resultados muestran que la absorción normal de colesterol es del 72 %. Los animales del Grupo 4 que fueron alimentados con la suspensión de fitosterol preparada a partir de los polvos de fitosterol dispersables del Ejemplo 15, mostraron la menor inhibición del colesterol, solo 14 % con respecto al grupo de Control. Le siguió el Grupo 3 alimentado con dispersiones acuosas de ésteres de fitostanol, que han sido científicamente reconocidas por su acción. El grupo 1 mostró la mayor capacidad de reducción de la absorción de colesterol, 47 % con respecto al grupo de control, lo que demuestra que las dispersiones preparadas de acuerdo con los métodos de la presente invención son altamente eficientes para reducir la absorción de colesterol. Asimismo, los polvos de fitosterol dispersables preparados de acuerdo con los procesos de la presente invención (Grupo 2) son significativamente mejores para reducir la absorción de colesterol que los ésteres de fitostanol dispersables y los fitosteroles preparados de acuerdo con otros procesos descritos en el estado de la técnica.

Ejemplo 17.

Aderezo para ensaladas

Se preparó un aderezo para ensaladas que contenía fitosteroles dispersos libres con la fórmula que se muestra en la Tabla 12:

Tabla 12

La dispersión de fitosterol, la sal, el azúcar, las especias y los agentes aromatizantes se mezclaron con agitación y gradualmente los otros ingredientes se agregaron lentamente en condiciones de mezcla y luego se homogeneizaron. Finalmente, se agregaron especies y agentes saborizantes en condiciones de mezcla. El aderezo para ensalada preparado tenía características deseables de consistencia y sabor

Ejemplo 18.

Preparación de una bebida láctea

Se preparó una bebida láctea que contenía fitosteroles dispersos de acuerdo con la fórmula presentada en la Tabla 13:

Tabla 13

La dispersión de fitosteroles se calentó a 40 °C y luego se añadió leche en polvo con agitación constante. Se pasteurizó a 84 °C y se enfrió a 5 °C

Ejemplo 19.

Preparación de una margarina

Se preparó una margarina que contenía fitosteroles dispersos de acuerdo con la fórmula presentada en la Tabla 14:

Tabla 14

La dispersión de fitosteroles se calentó a 80 °C y se agregaron sal, mono y diglicéridos, sabores solubles en agua y sorbato de potasio en condiciones de mezcla. Una vez homogeneizado, se pasteurizó a 60°C. El aceite vegetal se calentó a 80 °C y se añadieron manteca de cerdo, mantequilla, sabores solubles en aceite y lecitina con agitación para formar una mezcla homogénea. Manteniendo una temperatura de 70 °C, la fase acuosa se añadió con agitación para formar una emulsión. A continuación, la mezcla se enfrió y se envasó.

Ejemplo 20.

Preparación de un yogur

Se preparó un yogur que contenía fitosteroles dispersos de acuerdo con la fórmula presentada en la Tabla 15:

Tabla 15

La dispersión de fitosteroles se calentó a 40 °C y se disolvió en leche en polvo. La mezcla se pasteurizó y luego el azúcar se disolvió en la mezcla pasteurizada que se inoculó con cultivos de yogur, la mezcla se incubó posteriormente a 37 °C hasta alcanzar un pH de 4,2. Luego se agregó una mezcla de estabilizadores y la mezcla se empaquetó

Aplicabilidad industrial

El interés de la industria alimentaria por la fabricación de productos que contengan fitosteroles radica en la probada capacidad de los fitosteroles para inhibir la absorción del colesterol de la dieta.

La presente invención describe un proceso de dispersión de fitosterol en el que los fitosteroles, un medio acuoso y uno o más tensioactivos de calidad alimentaria, con un bajo contenido de tensioactivos en relación con los fitosteroles y con concentraciones significativas de fitosteroles para su uso como ingrediente en la industria alimentaria o farmacéutica, se dispersan a altas temperaturas, por encima del punto de fusión de los fitosteroles para formar una emulsión, seguido de enfriamiento de la emulsión para generar una dispersión de fitosterol en el medio acuoso.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la preparación de una dispersión de fitosterol en agua, el proceso comprende las etapas de:

a) mezclar y dispersar en un recipiente cerrado agitado mecánicamente provisto de un sistema de transferencia de calor a 150-200 °C uno o más fitosteroles y uno o más emulsionantes en agua para obtener una emulsión; b) homogeneizar la emulsión obtenida en la etapa a) en un homogeneizador a una presión de 3 a 30 MPa (30 a 3000 bares) y 150-200 °C para obtener una mezcla homogeneizada; y

c) enfriar la mezcla homogeneizada de la etapa b) para obtener una dispersión de fitosterol o fitosteroles en agua.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizado porquela etapa de homogeneización b) de la emulsión comprende una segunda etapa, en donde la presión en una primera etapa está en el intervalo de 3 MPa a 2000 MPa (30 a 2000 bares) y la presión en la segunda etapa está en el intervalo de 2 MPa a 10 MPa (20 a 100 bares).

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el emulsionante se selecciona del grupo que consiste en ésteres de sacarosa de ácidos grasos, ésteres de sorbitán de ácidos grasos, ésteres de poliglicerol de ácidos grasos, ésteres de polipropilenglicol de ácidos grasos, citrato de monoglicerilo, sales de sodio o potasio de ácidos grasos y mezclas de los mismos.

4. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el fitosterol se selecciona del grupo que consiste en campesterol, campestanol, estigmasterol, sitosterol, sitostanol y mezclas de los mismos.

5. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la relación en peso de los emulsionantes a los fitosteroles en la emulsión de la etapa a) es de 0,01: 1 a 0,2:1.

6. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la cantidad de fitosterol por litro de dispersión es de 100 mg a 500 g.