CN102227171A - 制造供动物或人类消耗的呈微胶囊形式的正丁酸化合物的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造呈微胶囊形式的正丁酸化合物的方法，其包括以下的阶段：提供基于正丁酸化合物的颗粒材料；将所述颗粒材料和长链C14-C22饱和脂肪酸含量为40-95％且矿物试剂量为1-20％的基质混合，在矿物试剂中存在有效量的硫酸钙二水合物；加热所得混合物至温度高于基质中脂质组分的熔融温度；将混合物喷射到温度低于基质中脂质组分熔融温度的冷却室中，使脂质组分围绕颗粒材料固化，在其上形成覆盖物。

Description

制造供动物或人类消耗的呈微胶囊形式的正丁酸化合物的方法

技术领域

本发明涉及制造供动物或人类消耗的呈微胶囊形式的正丁酸化合物的方法，其具有主要权利要求前序部分所述的特征。

背景技术

已知一些正丁酸化合物对消化系统具有有利的生物影响，刺激肠绒毛的生长并改善胃肠微生物的生长。

丁酸是短链单羧酸脂肪酸(4碳原子链)，也归类为挥发性脂肪酸(VFA)，与乙酸(2碳原子链)和丙酸(3碳原子链)为一类。丁酸具有2个异构体，正丁酸和异丁酸。在环境温度下，正丁酸是液体形式，也具有特征性腐烂的黄油臭味，即使浓度很低也能被人类和许多动物察觉。

在正丁酸化合物中，人们最感兴趣的是其盐和酯，通常称为丁酸盐或丁酸酯，尤其是其钠盐。

正丁酸酯可以液体形式从市场购得，而正丁酸钠盐则可以液体形式(50％水溶液，正丁酸合成其钠盐的反应的直接产物)和固体颗粒形式(在最高至250℃下稳定的白色粉末)从市场购得。

根据周围的环境，正丁酸化合物可以呈解离形式或者非解离的形式；后者在生物水平上尤其重要，这是因为它可以被肠壁和微生物细胞膜吸收，且相比解离形式，其具有更加显著的影响。

丁酸盐或丁酸酯可以主要在厌氧环境中由烃(纤维素和淀粉)通过各种微生物发酵来制得，且这一过程也可以在大肠中进行。在发酵之后，丁酸部分代谢，而非解离丁酸中未代谢的部分被大肠吸收，进入循环。

从文献中记载的资料来看，挥发性脂肪酸盐可以抑制溶血性大肠杆菌菌株的生长最多至50％(Galfi P.，Neogrady S.，1992)。

在这些盐中，正丁酸盐的抑制能力最强，并随pH降低而提高，因为pH降低有利于非解离形式的存在。针对正丁酸盐对消化系统中各种微生物菌株的影响进行研究(Galfi P.，Neogrady S.，1992)，显然可以发现大肠杆菌生长的降低是由于丁酸盐或丁酸酯的直接影响、以及乳酸杆菌(lactobacilli)生长的提高。因此，这种盐的抗微生物效应是选择性的。其他对正丁酸盐和pH敏感的微生物是：芽胞菌、大肠杆菌、乳脂链球菌、乳酸球菌属(Lactococcus lactis)和乳脂球菌属(Lactococcus cremoris)、以及沙门氏菌属，而乳酸菌和牛链球菌(streptococcus bovis)不太敏感。

丁酸盐或丁酸酯还具有其他生物影响，更准确地说，对消化系统的壁的生长有刺激作用(Galfi P.，Neogrady S.，1991)。

这些研究由动物饲养试验的结果佐证，显示更高的日重量增加、提高饲料利用率并降低死亡率。

但与其显著能力并存的是，正丁酸化合物也具有显著的不利影响，就是决定性的令人不适的腐烂黄油臭味，这是正丁酸原料的特征，并使其生产和存储变得复杂。

实际上，这些化合物本身并不具有令人不适的臭味，但它们对酸环境尤其敏感，在酸环境中它们容易水解，并重组原正丁酸，导致具有上述的缺陷。

为此，如果给动物或人类服用丁酸盐或丁酸酯，在胃中立刻形成正丁酸，导致丁酸盐或丁酸酯在肠道中无法被吸收。为了克服这一问题，已知用脂质基质包覆来将丁酸盐或丁酸酯制成微胶囊。

因此，本发明要求对丁酸盐或丁酸酯进行保护以隔离饲料中存在的任何酸化合物，尤其是隔离胃中强酸环境，但通过特殊酶对脂质基质的降解作用来使丁酸盐或丁酸酯在肠道中释放。

尽管这一措施的原理很好，但这也仅仅部分解决了问题，这是因为发现大部分的微胶囊产物在胃中降解。而且，申请人也发现，尤其在猪饲料中，一些丁酸盐或丁酸酯在存储过程中也会水解，这是因为在饲料中存在酸化合物。

因此，在本技术领域中仍需要改进制造呈微胶囊形式的正丁酸化合物的方法，以提高产物的最终特性，尤其是对酸环境的耐受性。

发明概述

本发明的问题是提供制造供动物或人类消耗的呈微胶囊形式的正丁酸化合物的方法，对其进行功能设计以克服现有技术中存在的上述局限性。

在该问题的范畴内，本发明的目的是提供一种基于正丁酸化合物的产品，它允许在肠道中缓慢且受控地释放活性成分。

本发明的另一目的是提供不会增加产品制造成本的方法。

本发明通过附带权利要求书所述制造呈微胶囊形式的正丁酸化合物的方法来解决这一问题，并达成这些目的。

通常，本发明的方法遵循喷雾冷却技术的微胶囊化工艺，提供以下阶段：

提供基于正丁酸化合物的颗粒材料；

将所述颗粒材料和脂质基质混合，加热所得混合物至温度高于基质的熔融温度；

将所得混合物喷射到温度低于基质熔融温度的冷却室中，使基质围绕颗粒材料固化，并覆盖颗粒材料。

由此获得合适大小的颗粒产品，它由内核形成，所述内核基于正丁酸化合物，并被脂质覆盖物包裹并保护隔离(换句话说是微胶囊化)。

优选地，所述化合物是正丁酸的盐或酯，更优选是正丁酸钠盐。

在第一实施方式中，颗粒材料基于粉末形式的丁酸钠，纯度大于90-95％，具有合适的颗粒尺寸，例如10-200微米。

在第二优选实施方式中，颗粒材料包含粉末形式的固体支撑物，在其上可以吸附丁酸钠水溶液。

这种吸附通过在混合器中将丁酸钠含量通常为50％的水溶液与固体支撑物混合来进行，所述混合器高速搅拌并保持在约60-70℃的温度下。

所述固体支撑物优选是无机物，在降解环境中耐受更长的时间；更优选基于二氧化硅，平均尺寸为10-80微米，优选15-20微米。

所用二氧化硅较好是来自合成途径，基本不含金属，pH中性，避免解离丁酸钠。

所用二氧化硅的量足以完全吸附丁酸钠，通常相比丁酸钠液体来说为33-55％。

在完成第一工艺阶段时，获得光滑连续粉末材料，这构成了成品的内核。

除了吸附丁酸钠液体以外，重要的是二氧化硅赋予后续工艺阶段获得的混合物适合喷射冷却室的稠度，以促进正确地形成最终颗粒产品。

然后，上述两个工艺之一获得的颗粒材料和脂质基质混合，所述脂质基质具有40-95％含量的具有14、16、18、20和22个碳原子的饱和脂肪酸(简单表示为C14、C16、C18、C20和C22)，其中，还存在相比基质来说1-20重量％的矿物试剂。

当颗粒材料由粉末形式的丁酸钠形成时，将矿物试剂加入脂质基质和丁酸钠的混合物中；而如果颗粒材料由吸附到二氧化硅上的丁酸钠水溶液形成时，矿物试剂优选在吸附阶段和二氧化硅一起加入到水溶液中。

根据本发明第一方面，矿物试剂包括有效量的硫酸钙二水合物(CaSO₄·2(H₂O))。

矿物试剂中硫酸钙二水合物部分优选大于50％，更优选大于95％。

已经发现使用硫酸钙二水合物对获得具有最佳酸环境耐受性的成品是必需的。尤其是，已经发现这种化合物比本领域常用的其他矿物试剂(例如，碳酸钙)更加有效得多。而且，因为碳酸钙是碱性盐，其理论上应该更加适于保护微胶囊产品内核免于酸环境，因此注意到硫酸钙二水合物的效果是令人惊奇的。

根据本发明另一方面，基质中脂质组分的至少80重量％由C14-C22饱和脂肪酸的甘油酯组成。

术语“饱和”不应理解为绝对意义上的，它倾向于表示饱和度至少99％的脂肪酸。而且，尤其重要的是，基质中存在的脂肪酸基本上以甘油酯的形式存在，且不含酸。为此，基质的脂质组分中游离酸的百分数应小于10％，优选小于1％。

所述甘油酯较好是甘油三酸酯。

与构成甘油酯的饱和脂肪酸总量相比，本发明基质的脂质组分中C18饱和脂肪酸含量也较好为20-50％，C16饱和脂肪酸含量为50-70％。

基质的脂质组分较好基于氢化棕榈油。

基质的脂质组分的组成使其熔融点为55-65℃。

基质的脂质组分首先加热到熔融点，然后与丁酸钠液体吸附在二氧化硅上所获得的颗粒材料(其中，矿物试剂已经存在)混合；或者与通过固体丁酸钠和矿物试剂形成的颗粒材料混合。

所述混合较好在合适乳化剂(例如，丙二醇酯)存在下进行，促进二氧化硅粉末的均匀分散，或者促进固体丁酸钠在脂质基质中的均匀分散。

而且，优选还将基于纤维素和/或其衍生物的其他聚合物化合物加入混合物中，作为稳定剂。

所述混合进行约10-20分钟，形成均匀混合物(虽然，更准确地说，获得的体系更好是限定为固体粉末在熔融基质中的均匀悬浮液)。

根据本发明另一方法，还可以将0.1-5％量的一种或多种精油加入混合物中，作为香料、抗氧化剂和抗微生物剂(由此，增强丁酸盐或丁酸酯本身的抗微生物活性)。

可用作上述混合物中的添加剂的精油例子是牛至油(oreganumoil)(为的是其香芹酚和麝香草酚物质)、橙油(为的是其右旋烯物质)、丁香油或肉桂油(为的是其丁子香酚物质)、迷迭香油、大蒜油或鼠尾草油。

一旦达到所需的均匀性，所述混合物立即在高压下通过合适形状的喷嘴注射到喷雾冷却室中，该冷却室的温度保持在-2℃到-12℃之间，在混合物颗粒保持在空气中的短时间内，基质的脂质组分按照已知的步骤(喷射冷却技术)有利地固化。

由此获得固体颗粒产物，其包括由活性成分(代表物是丁酸钠颗粒或者其中吸附了丁酸钠水溶液的二氧化硅颗粒)形成的内核，并用基质的脂质组分、矿物试剂和乳化剂形成内核涂层覆盖和保护。

在喷射之后，在传送带上收集产物，当仍在冷却室中时，进行强制通风，使其以低于熔融点的温度离开冷却室，并呈固态。

为了防止颗粒产物团聚，如果其80％颗粒的大小是低于500微米，则喷洒抗团聚剂，所述抗团聚剂例如由粒度75-80微米的二氧化硅和/或珍珠岩和/或海泡石构成。

粒度取决于供应压力和喷嘴的形状，但如需要，所述产物可以进行筛分，使之与所需尺寸规格一致。

借助具体的生产方法和所用的基质，获得的覆盖物连续并均匀地围绕丁酸盐或丁酸酯的内核部分。

制备实施例

实施例1(固态丁酸钠)

将55g脂质基质加入到具有温度加热到70℃的夹套的混合器中，所述脂质基质由C14、C16、C18饱和脂肪酸甘油三酸酯构成，其中已经加入了10g硫酸钙二水合物和5g丙二醇酯。所述基质保持在70℃，并在其中加入30.6g呈粉末形式的丁酸钠固体(纯度为98-99％)。该混合物搅拌约15分钟，形成均匀悬浮液。

然后，由此获得的混合物送入温度保持在约-10℃的冷却室中，其中，该混合物用合适的喷嘴喷射，获得具有基于丁酸钠的内核、并用矿物-脂质覆盖物覆盖的颗粒。

实施例2(丁酸钠液体-50％溶液)

将30g 50％的丁酸钠水溶液加入到具有温度加热到70℃的夹套的混合器中，所述丁酸钠水溶液中已经加入了12g二氧化硅和7g硫酸钙二水合物。搅拌所述混合物直到水溶液完全被吸附，即直到获得光滑连续粉末(smooth-running)。然后加入51g C14、C16、C18饱和脂肪酸甘油三酸酯和1g丙二醇酯。该混合物在65℃下搅拌约15分钟，形成均匀悬浮液。

然后，由此获得的混合物送入温度保持在约-10℃的冷却室中，其中，该混合物用合适的喷嘴喷射，获得具有由其中吸附丁酸钠水溶液的二氧化硅颗粒形成的内核、并用矿物-脂质覆盖物覆盖的颗粒。

实施例3(丁酸钠固体—比较例)

将70g脂质基质加入到具有温度加热到70℃的夹套的混合器中，所述脂质基质由C14、C16、C18饱和脂肪酸甘油三酸酯构成。所述基质保持在70℃，并在其中加入30g呈粉末形式的丁酸钠固体(纯度为98-99％)。该混合物搅拌约15分钟，形成均匀悬浮液。然后，由此获得的混合物送入温度保持在约-10℃的冷却室中，其中，该混合物用合适的喷嘴喷射，获得具有基于丁酸钠固体的内核、并用脂质覆盖物覆盖的颗粒。

产物分析

实施例1和3的样品进行体外消化试验，其由一系列试验组成，再现了三阶段化学和酶培养过程，按照Boisen建立的试验规程进行。

对于分析的各个产物，取3-5g样品进行消化试验并称重，至少重复三次，且精度为±0.1mg，如下所述进行三阶段。

三阶段中的各阶段是体外再现消化道(胃、小肠和大肠)中消化的主要阶段，研究具体的酶对消化微胶囊覆盖物的活性。

阶段1

称重各微胶囊产物的三个样品，并加入100ml烧瓶中。将25ml磷酸盐缓冲剂(0.1M pH 6.0)在磁性搅拌子温和搅拌下加入到各样品中。将10ml 0.2M HCl加入到混合物中，pH用1M HCl或NaOH溶液调至pH2。然后将1ml新鲜制得的包含25mg胃蛋白酶(2000FIP-U/g)的溶液加入到混合物中。用塑料塞子封闭烧瓶，并保持在39℃水浴中2小时。

阶段2

将10ml磷酸盐缓冲剂(0.2M，pH6.8)和5ml 0.6M NaOH溶液加入到混合物中。pH用1M HCl或NaOH调节至6.8。所述混合物和1ml新鲜制得的包含100mg胰酶的溶液温和搅拌。用塑料塞子封闭烧瓶之后，烧瓶在温控调节为39℃的水浴中培养4小时。

阶段3

用1M NaOH溶液将前一阶段获得的混合物的pH调节至pH7.0。然后加入100mg脂肪酶，所述混合物在39℃下搅拌18小时。

在上述各阶段完成时，取出一部分混合物并过滤，用蒸馏水洗涤残留的微胶囊，然后送入具体分析方法提供的制剂，确定丁酸钠含量。

然后将该丁酸钠含量关联到起始含量，并记录在下表1中。

表1

表1所示结果显示，通过本发明的方法，所得产物比参照样品对胃中存在的酸环境更加具有耐受性。而且，相对于参照样品，丁酸钠含量保持在相对高的水平，有助于缓慢释放活性成分，允许其后续的吸收，即使在肠过程的最后结肠部分也是如此。

所得产物可以供人类或动物消耗。

Claims (11)

1.一种制造呈微胶囊形式的正丁酸化合物的方法，所述方法包括以下阶段：

提供基于正丁酸化合物的颗粒材料；

将所述颗粒材料和长链C14-C22饱和脂肪酸含量为40-95％的基质混合，加热所得混合物至温度高于基质中脂质组分的熔融温度；

将混合物喷射到温度低于基质中脂质组分熔融温度的冷却室中，使脂质组分围绕颗粒材料固化，在颗粒材料上形成覆盖物，

其特征在于，相比基质，所述基质包含1-20％矿物试剂，在矿物试剂中存在有效量的硫酸钙二水合物。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，矿物试剂中硫酸钙二水合物的含量高于50％，优选高于95％。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述长链C14-C22饱和脂肪酸是甘油酸酯形式，占基质的至少80重量％。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述饱和脂肪酸甘油酯来自氢化棕榈油。

5.如之前任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在基质中提供有效量的作为乳化剂的二硬脂酸丙二醇酯。

6.如之前任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述颗粒材料通过将正丁酸化合物水溶液吸附到固体支撑物上来形成。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述固体支撑物基于二氧化硅。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述矿物试剂在固体支撑物吸附过程中加入到水溶液中。

9.如之前任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在基质中还加入一种或多种精油，所述精油选自牛至油、橙油、丁香油、肉桂油、迷迭香油、大蒜油和鼠尾草油。

10.如之前任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述化合物是正丁酸钠盐。

11.通过如之前任一项权利要求所述方法获得的呈微胶囊形式的基于正丁酸化合物的产物。