CN105431054A - 屏障层胶囊 - Google Patents
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Abstract
含有活性成分的适用于在期望的最终用途中释放该活性成分的微粒，包含：·(a)任选地在内芯上形成的含有活性成分的芯，其包含连续亲水性介质，其中至少一种活性成分溶于其中或作为分散颗粒存在；·(b)无活性成分的屏障层，其完全包围所述芯；和·(c)包围所述屏障层的聚合物材料层，所述聚合物材料在25℃在水中具有0.1％重量最大值的溶解度。
Description
本公开文本涉及用于特别地在食品或饮料中延迟释放香料或其他活性剂的递送颗粒。
包囊已经广泛地应用于确保活性物质部分或完全得到保护，以便在期望的时间释放。例如，在制备消费品组合物的过程中，包囊可以允许在组合物的制备、加工或储存过程中添加活性成分，而在另外的情况下是不可能的，因为制备、加工或储存条件可以破坏活性成分的有效性，否则就是导致活性成分的有效性降低。这种情况的实例可以在PCT公布的申请WO2004/089113中找到，其中胶囊用于防止香料在储存时氧化(下文的描述主要是指香料，特别重要的活性成分的种类，但本公开文本的范围不限于香料且适用于期望包囊的任意活性成分，例如香精或无香料的食品或消费品成分)。
尽管这类胶囊实际上用于这些目的，但是它们始终并未用于更极端的条件，例如通常在食品加工工业中发现的那些。尤其存在的问题是暴露于水和/或升高的温度(例如，在蒸煮过程中)。这类条件可能导致一些或全部香料损耗，导致在食品的加工、制备或蒸煮过程中释放，或在产品寿命期间的不期望的时间释放包囊的香料。理想地，所有包囊的香料应在终产品中存在以便递送期望的香味感觉，但食品在制备和消费过程中通常遇到的条件可能导致一些或全部香料或香料的一些成分损耗，或香料的不同化学成分以不同速率释放。所有这些作用均可以使香味印象在产品寿命的期望的时间点的品质或强度降低。
已经做出了克服这些缺陷的大量尝试，但尚未完全得到成功。一种策略在于将香料包封在可溶解的芯内，并且将所述芯用半透性聚合物层覆盖。半透性聚合物难以透过被递送的活性成分且还难以透过水。乙基纤维素是药物递送系统和香料递送系统中用于该目的的常用的聚合物(例如WO2004/089113)。这类包囊系统通过渗透泵机制释放活性成分，其被描述为药物递送系统(例如M.Marucci等人，“Mechanisticmodelfordrugreleaseduringthelagphasefrompelletscoatedwithasemi-permeablemembrane”，J.ControlledRelease，2008，vol.127，pp.31-40)。在这项技术的一种特别有用的形式中，活性成分递送颗粒包含含有活性成分的芯和至少一种半透性聚合物的外保护层。在浸入水或暴露于高相对湿度的空气中后，这类颗粒在这样的暴露后提供充分确定的延滞时间，随后以近似恒定的速率及时地释放大部分包囊的活性物质。
然而，在使用这类系统递送具有宽范的不同化学结构的化学物质中存在问题，例如在香料、香精和食品中发现的那些。首先，如果不同的活性成分各自被包囊在胶囊中，它们还具有相同的组成和结构，则活性成分的化学性质可能对得到的胶囊的延滞时间和释放速率具有主要影响。这使得难以预测不同活性剂在同一食品或香精用品中的释放时程。其次，包囊一种以上活性剂的混合物的颗粒可以以不同于每种成分单独包囊时释放的速率释放不同的成分，其方式难以预测。这两个问题是研发控释香料或香精制品的障碍。
目前已经发现，能够制备活性成分释放颗粒，其可以长期并且在通常对这类颗粒不耐受的条件下保留活性成分。因此，提供含有活性成分的适用于在期望的最终用途中释放该活性成分的微粒，该颗粒包含：
(a)任选地在内芯上形成的含有活性成分的芯，其包含连续亲水性介质，其中至少一种活性成分溶于其中或为分散颗粒；
(b)无活性成分的屏障层，其完全包围所述芯；和
(c)包围所述屏障层的聚合物材料层，所述聚合物材料在25℃在水中具有0.1％重量最大值的溶解度；
所述屏障层包含选自蜡、脂肪和适合于用作所述芯的连续亲水性介质的材料的材料，并且其在期望的最终用途的条件下为固体。
还提供在消费品组合物接触水和/或加热的环境中提供可适当释放的活性成分的方法，所述方法包括向所述消费品组合物中加入微粒形式的活性成分，所述微粒包含：
(a)任选地在内芯上形成的含有活性成分的芯，其包含连续亲水性介质，其中至少一种活性成分溶于其中或为分散颗粒；
(b)无活性成分的屏障层，其完全包围所述芯；和
(c)包围所述屏障层的聚合物材料层，所述聚合物材料在25℃在水中具有0.1％重量最大值的溶解度；
所述屏障层包含选自蜡、脂肪和适合于用作所述芯的连续亲水性介质的材料的材料，并且其在接触水和/或加热时保持为固体。
所谓“可适当释放的”的含义是指可在期望的时间期限内释放。这种期望的释放性质自然地依赖于特定的组成和期望的释放时间，但本公开文本的微粒能够适应所有情况下在任意期望的时间时的释放。在每种情况中，可以通过常规实验确定适合的微粒性质的测定。
含有活性成分的芯包含其中溶解或分散活性成分(液体或固体)的连续介质。可以存在一种以上活性成分。连续介质可以是任意适合的材料，即可食用的亲水性的(即它在水中溶胀或溶解)并且能够保留活性成分。适合的材料的实例包括长链和短链多糖类或取代的多糖类。它们的具体实例包括麦芽糖糊精、单糖类、二糖类、三糖类或寡糖类，例如核糖、葡萄糖、蔗糖、果糖、山梨醇、甘露醇、半乳糖、甘露糖或其混合物；改性淀粉，例如琥珀酸辛烯酯-官能化淀粉；乳化树胶，例如阿拉伯树胶和金合欢树胶、角叉菜胶或黄原胶。所述介质还可以由蛋白质水胶体例如明胶或取代的多糖水凝胶例如果胶和藻酸盐(为酸或金属盐形式)组成或包含它们。
含有活性成分的连续介质可以包含完整的芯，或其自身可以在内芯上形成。这种内芯可以是固体或液体。例如，它可以是任意的固体、可食用物质，例如糖、淀粉、纤维素材料和食品酸。或者，它可以是液体，且可以包含活性成分(与包围层中的活性成分相同或不同)。例如，它可以为100％的活性成分，或它可以是分散于或溶于溶剂或载体液体中的活性成分。实例包括颗粒植物物质，例如稻米外壳。
所述活性成分可以是其存在和延迟释放是期望的任意期望的活性成分。典型地是香味物质，例如单一香料成分，或这类成分的掺合物，且其可以是液体或固体形式。然而，能够使用任意其他的期望的活性成分，例如纯芳香物质。
包围这种含有活性成分的层的是屏障层。它可以由与芯中使用的相同的连续介质构成，但不含活性成分。该层的目的在于延迟活性成分释放，且其厚度由此决定于用途的性质和期望的延迟期限。然而，典型地，这种另一层的厚度使得其最终颗粒的重量分数为3-80％，条件是它至少为10微米厚。用于这种层的具体材料是可食用蜡和脂肪。只要它们是可食用的，可以使用蜡或脂肪。典型的脂肪是天然存在的甘油的甘油二酯类和甘油三酯类。蜡可以是天然的蜡或合成的蜡。典型实例是氢化甘油三酯类，例如氢化棕榈油、棉子油、低芥酸菜籽油(canolaoil)或大豆油；或蜡，例如蜂蜡、小烛树蜡、稻米蜡、巴西棕榈蜡或石蜡。
屏障层的主要要求在于它在期望的最终用途条件下为固体。这种最终用途将决定用作屏障层的材料。例如，如果最终用途牵涉在热水或沸水中应用(例如，在汤中)，则选择屏障层材料，使得该屏障层在这类条件下保持固体。认识到许多潜在的屏障层材料不具有明确的熔点，因为它们确实是纯的化学物质，但在一定温度范围内软化。在这些情况中，“固体”是指该材料可以软化，但在特定温度下不能流动。简单的常规实验可以在每种情况中确定它。
最终的层是在25℃在水中具有0.1％重量最大值的溶解度的聚合物材料层，即它在制备和使用条件下最好是难溶于水的。适合的材料的实例包括乙基纤维素、纤维素酯类、纤维素醚类、玉米醇溶蛋白、聚醋酸乙烯酯和紫胶。
可以通过任意已知的方法制备颗粒。在无内芯的颗粒的情况中，例如，可以通过如下方式制备含有活性成分的芯：通过使粉末团聚，所述粉末通过在流化床干燥器中喷雾干燥而制成；通过使香料乳状液在流化床干燥器中喷雾干燥以累积成100-2000微米大小范围的大聚集物；通过对喷雾干燥的粉末或高剪切混合物中的其他香料粉末进行湿法团聚且随后挤出；通过对具有香味的基质进行热熔化挤出；或通过径多重乳化、轴向混合挤压、压制或凝聚技术形成基于水凝胶的基质颗粒。在这些情况的每种中，基质中的香料的重量含量根据系统组成和所用方法确定；这易于通过使用本领域的常规技术实现。
例如，可以通过本领域中已知的任意适合的方式涂布这种屏障层。非限制性实例包括：
-通过作为熔化物喷雾或通过在流化床设备中喷雾在水或非水溶剂中的溶液、乳状液或混悬液进行涂敷；
-在锅包衣过程中作为熔化物、乳状液或混悬液涂敷；
-以在水或非水溶剂中的溶液、乳状液或混悬液的形式轴向喷射并轴混合挤压涂布于芯上。
相同方法可以用于涂布难溶性聚合物材料层。可以将其作为在水、一种或多种醇类(典型地是乙醇或异丙醇)或其混合物中的溶液涂布，例如，具有任选地至多占水重量20％的乙醇)。
上文所述的微粒可以用于广泛的各种消费品组合物(即在口腔中摄取的组合物，用于吞咽或吐出)，其中期望活性成分延迟释放。因此，还提供消费品组合物，其包含消费品组合物基质和如上文所述的含有活性成分的微粒。
所谓“消费品组合物基质”是指对于组合物而言必不可少的期望的消费品组合物的所有那些成分，不包括微粒。它们是以本领域公认比例使用的标准成分(但不限于)：香料、着色剂、表面活性剂、增稠剂和流变剂、溶剂、防腐剂、甜味剂、异味掩蔽剂等。
在将所述微粒添加到一些具有高水活度的消费品组合物、然后将其储存延长的时间期限的过程中可能遇到困难。水活度aw是食品科学中众所周知的参数。它是在系统中相对于纯水的水自由能的测量值，并且被定义为与食品平衡的水的蒸气压除以相同温度下纯水的蒸气压。纯水的水活度为1。食品中的值为在破碎机中牛奶和果汁中的0.97至0.2或以下。然而，固体食品还可以具有高aw值，例如生肉(0.99)和意大利腊肠(0.87)。
高aw液体环境例如汤品罐头中长储存期限的结果(几小时或更长，这取决于温度和剪切条件)在于微粒失去几乎全部的其内含物。因此，为了最佳效果，以储存的固体或半固体组合物的形式使用微粒。在一些情况中，它们可以具有高值，例如冰淇淋。在每种情况中，可以通过简单的非创造性的实验确定微粒在消费品中的储存和使用的适合性。
其中可以使用微粒的消费品组合物的实例包括所有种类的食品和饮料。这类食品和饮料的非限制性实例包括：(确保消费品组合物的实例不包括不提供适合环境的那些)
-脱水和烹调用食品，包括蒸煮辅助产品，例如：粉末、颗粒、糊剂、浓缩液体产品，包括浓肉汤、肉汤和加压方块、片剂或粉末或颗粒形式的肉汤样产品，它们单独地作为成品或在产品、调味品和食谱混合物内的成分销售(与技术无关)；
-膳食溶液产品，例如：脱水和冷冻干燥的汤粉，包括汤粉混合物、脱水速溶汤粉、脱水配好份菜的汤粉、现成的菜肴、膳食和单份主菜脱水或环境制品，包括意大利面、蔬菜、马铃薯和稻米菜肴，以及冷冻的可再加热形式制成的任意这些食品类型；
-膳食装饰产品，例如：脱水或冷冻的调味品、浸以生菜调味品、色拉调味汁、沙拉酱、浸蘸物(dips)、拌粉、面拖混合料、烤肉用调味料包括沙拉用食谱混合物，作为成品或无论是脱水的还是冷冻的产品内的成分销售；
-饮料混合物和浓缩物，包括、但不限于酒精和非酒精干粉饮料、所有可再水化形式的茶、咖啡和可可；
-糖食产品，例如蛋糕、饼干、派、糖果、口香糖、冰淇淋、冰冻果子露、布丁、果酱、胶冻和其他调味品、谷类和其他早餐食品、水果罐头和水果调味料等；
-浸以生菜调味品的和/或糊状/滚面包层的冷冻食品；
-冷藏的、冷冻的或可再水化的牛奶、干酪、酸乳酪和其他乳制品。
所述微粒尤其是用于食品，它们必需经过加热固定的期限，例如，非高aw值的汤，其倾向于在加热过程中失去香味。所述微粒能够使香味保留长时间期限，从而产生充满香味的最终消费品。
参照如下非限制性实施例进一步描述本公开文本，其中，除非另有描述，否则所有份数和比例均按重量表示。
实施例1：含有苯乙酮的具有微晶纤维素芯并且涂敷了乙基纤维素的具有和不具有屏障层的微粒
使用微晶纤维素球(CelletsTM700)的内芯制备微粒，在所述微晶纤维素球(CelletsTM700)上涂敷有苯乙酮香料乳状液基质，该微粒具有和不具有MD6淀粉的屏障层，其占最终微粒的9％，并且具有最终的乙基纤维素涂层，所述乙基纤维素占最终微粒重量的10％。
芯组成：由微晶纤维素(CelletsTM700)组成的具有700-1000微米大小范围的球形颗粒用作芯材料。
香料乳状液涂敷溶液制备：
对于1kg阿拉伯树胶(GA)溶液使用如下组成：
●阿拉伯树胶：240g
●麦芽糖糊精MD10：100g
●山梨醇：60g
●水(自来水)：600g
将全部粉末以上述列出的用量称重入塑料袋并且充分混合。将袋中的内含物在使用顶端搅拌器搅拌下缓慢地加入到水(加热至60℃)中。混合后，将该溶液冷却至室温。使用高剪切匀化器(Ultra-TurraxT25以24,000rpm)混合472.5g溶液，并且使用该匀化器以高速度缓慢地加入苯乙酮(63g)1分钟。
屏障层溶液制备：在50℃下制备25％麦芽糖糊精MD6的溶液并且在涂敷过程中保持在该温度下。
最终乙基纤维素涂敷溶液制备：制备10％的乙基纤维素在乙醇中的溶液。
流化床设置(GlattGPCG-3涂布器)
使用如下条件：
| 参数 | 香料乳状液和屏障层 | EC溶液(在乙醇中10％EC) |
| 入口气温℃ | 92 | 60 |
| 产品温度℃ | 58-62 | 40-45 |
| 喷嘴压力(巴) | 3 | 3 |
| 流化空气(m3/h) | 45-55 | 45-55 |
在涂敷过程启动前，预热流化床以避免机器中的冷点并且快速达到期望的产品温度。预热后，使机器停止，并且将315g芯材进料至流化部件。
用香料乳状液涂敷.再次启动后即刻使用10g/分钟的进料速度开始涂敷乳状液(总计535.5g)，所述进料速度足够低以避免单个颗粒团聚。GA乳状液的进料速度缓慢地适应这种水平，从而得到如上表中举出的期望的产品温度(约20g/分钟)。
涂敷屏障层溶液.将屏障层溶液(总计252g)通过与香料乳状液相同的进料管、以允许维持期望的产品温度的进料速率(也约为20g/min)加入到流化床涂布器中。对于那些缺乏屏障层的微粒，跳过该步骤。
乙基纤维素涂敷.在乳状液涂敷或屏障层涂敷后，用水清洁进料管和喷嘴，且然后使用乙基纤维素的乙醇溶液(总计700g)启动喷雾。
为了比较目的，不使用乙基纤维素涂层涂敷一些微粒。
测量来自水中的微粒的香料释放速率.使用安装有用于在受控剪切条件下测定作为时间函数的UV-可见吸光度的光导纤维系统(带有Cary50分光光度计和CassiniMultiplexer的HansonResearchSR8Plus)的USP2设备测量来自微粒的香料释放速率。在30℃和150RPM桨转速下进行测试。
结果如图1的示意图中所示。曲线标记的“无涂层”是用于从未进行最终EC涂敷步骤的芯中释放苯乙酮。曲线标记的“EC”相当于涂敷EC、但未涂敷间插MD6淀粉屏障层的芯。曲线标记的“EC+屏障层”是指具有屏障层+外EC层的胶囊。显然，存在EC涂层导致释放发生前明显的延滞时间和非常缓慢的释放速率。然而，存在屏障层非常明显地延迟了释放发生：释放10％香料所需的时间接近引入屏障层时苯乙酮的2倍。
实施例2：在流化床聚集物芯上含有苯乙酮和水杨酸甲酯的微粒，其上涂敷了15％乙基纤维素，具有和不具有由MD6淀粉或高熔点棕榈油脂肪(PO58)组成的屏障层。
通过对具有与实施例1中系统的香料组成的喷雾干燥的粉末进行流化床团聚制备这些样品的芯，除了最终香料载量约为各9％的苯乙酮和水杨酸甲酯(各自将63.5g加入到香料乳状液中)之外。用于乙基纤维素层的涂敷方案与实施例1中相同，但稍有不同的是PO58层，如下涂敷。
| 参数 | PO58涂层 |
| 入口气温℃ | 50 |
| 产品温度℃ | 45-48 |
| 喷嘴压力(巴) | 1 |
| 流化空气(m3/h) | 35-45 |
如下施用PO58屏障层涂敷工艺。在香料涂敷后，停止该方法，并且清洁和干燥进料管和喷嘴截面。然后使用如上表中的设置施加PO58涂敷(约8g/分钟的固定速率)。在涂敷过程中将PO58保持在100℃温度下；使用加热追踪将进料管加热至100℃。此外，也将喷嘴空气加热至100℃，以避免任何PO58在进料管线中固化的趋向。
在PO58涂敷后的涂布EC涂层如实施例1中所述进行。胶囊中的最终PO58重量为10％重量。
使用与实施例1中相同的方法测定微粒的苯乙酮释放速率，但温度在50℃(还测定水杨酸甲酯的释放，但如其示意图中所示，接近等同的苯乙酮示意图，忽略它们)。循环数据点是指无屏障层的苯乙酮释放，三角形是指具有MD6屏障层的释放，且正方形是指具有PO58屏障层的释放。
可以观察到，存在MD6屏障层延迟了香料释放发生(相应地需要约20分钟达到10％的的香料释放)。它还适当地降低了两种模型香料在较长时间时的释放速率。存在PO58屏障层非常明显地增加了延滞时间并且降低了香料的释放速率。
Claims (11)
1.含有活性成分的适用于在期望的最终用途中释放该活性成分的微粒，包含：
(a)任选地在内芯上形成的含有活性成分的芯，其包含连续亲水性介质，其中至少一种活性成分溶于其中或作为颗粒分散于其中；
(b)无活性成分的屏障层，其完全包围芯基质；和
(c)包围所述屏障层的聚合物材料层，所述聚合物材料在25℃在水中具有0.1％重量最大值的溶解度；
所述屏障层包含选自蜡、脂肪和适合于用作所述芯的连续亲水性介质的材料的材料，并且其在期望的最终用途的条件下为固体。
2.权利要求1的微粒，其中具有溶解或分散的活性成分的连续亲水性介质构成完整的芯。
3.权利要求1的微粒，其中所述芯包含内芯，在所述内芯上沉积有具有溶解或分散的活性成分的连续亲水性介质。
4.权利要求3的微粒，其中所述内芯选自糖、淀粉、食品酸和纤维素材料，特别是颗粒植物物质。
5.权利要求1的微粒，其中所述芯包含内芯，所述内芯为液体且任选地包含活性成分，该活性成分可以与连续亲水性介质中的活性成分相同或不同。
6.权利要求1的微粒，其中所述活性成分是香料。
7.权利要求1的微粒，其中所述亲水性介质选自长链和短链多糖类和取代的多糖类。
8.权利要求1的微粒，其中所述屏障层选自可食用蜡和脂肪。
9.权利要求1的微粒，其中在25℃在水中具有0.1％重量最大值的溶解度的聚合物材料选自乙基纤维素、纤维素酯类、纤维素醚类和紫胶。
10.消费品组合物，包含消费品组合物基质和权利要求1的含有活性成分的微粒。
11.在消费品组合物接触水和/或加热的环境中提供可适当释放的活性成分的方法，包括向所述消费品组合物中加入微粒形式的活性成分，所述微粒包含：
(a)任选地在内芯上形成的含有活性成分的芯，其包含连续亲水性介质，其中至少一种活性成分溶于其中或为分散颗粒；
(b)无活性成分的屏障层，其完全包围所述芯；和
(c)包围所述屏障层的聚合物材料层，所述聚合物材料在25℃在水中具有0.1％重量最大值的溶解度；
所述屏障层包含选自蜡、脂肪和适合于用作所述芯的连续亲水性介质的材料的材料，并且其在接触水和/或加热时保持为固体。
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