CN116744807A - 基于植物蛋白的微胶囊 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于有效包封和保留水溶性成分以及有效共包封水溶性和水不溶性成分的植物基微胶囊。本发明还涉及包含所述微胶囊的组合物、制备所述微胶囊和组合物的方法以及所述微胶囊和组合物的用途。
Description
技术领域
本发明涉及用于有效包封和保留水溶性成分以及有效共包封水溶性成分和水不溶性成分的植物基微胶囊。本发明还涉及包含所述微胶囊的组合物、制备所述微胶囊和组合物的方法以及所述微胶囊和组合物的用途。
背景技术
近年来,生物相容性材料的开发引起了人们的极大兴趣。对具有功能特性的生物相容性材料的需求在这样的材料与人体接触的应用中尤为重要,这包括化妆品、食品和药物。然而,大量活性化合物的稳定性和功能性在本体溶液中受到限制,在该本体溶液中会迅速发生降解和功能丧失。在这种情况下,包封的主要优点是保护敏感或不稳定的化合物免于在不利条件(例如暴露于化学品、空气和光)下发生降解,并允许控制包封化合物的生物可及性和生物利用度。虽然目前有几种包封技术可用,但是这些技术通常依赖于合成聚合物的使用,该合成聚合物可能不适合作为药物和食品应用中的载体,或者在化妆品应用中可能具有有限的允许暴露水平。此外,合成聚合物外壳材料可能导致形成对环境有害的微塑料。
备选地,天然来源的聚合物如壳聚糖或明胶可以用于包封技术,但是这样的天然来源的外壳材料的稳定性可能会受到在最终产品制造过程期间通常存在的加工条件(例如暴露于高温和高剪切条件)或受到食品或药品组成(pH、螯合剂的存在、与其他成分的交叉相互作用等)的严重影响。为了克服这个问题,通常采用共价交联策略,这可能导致最终产品中存在有害的未反应的交联剂。另外,使用动物来源的聚合物(如壳聚糖或明胶)意味着最终产品将不会适合素食者/严格素食者。
此外,虽然使用标准包封方法可以实现油或油溶性成分的包封,但是由天然来源的聚合物制备的微胶囊的固有外壳渗透性不允许有效包封小的水溶性化合物并将它们保留在微胶囊内,特别是在水性环境中。因此,由天然来源的聚合物生成微囊化系统仍然是一个挑战,该系统可以有效地包封小的水溶性成分,以及在不影响胶囊稳定性的情况下承受标准的工业制造加工条件。
发明内容
从第一方面来看,本发明提供了一种微胶囊,其包括:
(a)包含水溶性成分的亲水相;
(b)亲脂相;和
(c)植物基蛋白水凝胶外壳。
从另一方面来看,本发明提供了一种组合物,其包含至少一种如上文所述的微胶囊和外部相。
从另一方面来看,本发明提供了一种用于制备如上文所述的微胶囊的方法,其包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相中进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于植物基蛋白质溶液的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)将所述双重乳液在第二亲脂相中进行再乳化,得到三重乳液;
(d)诱导溶液中的一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,该微胶囊悬浮在作为第二亲脂相的外部相中;和
(e)洗涤微胶囊以除去第二亲脂相。
从另一方面来看,本发明提供了一种根据上述方法制备的微胶囊。
从另一方面来看,本发明提供了一种用于制备上述组合物的方法,其包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相中进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于植物基蛋白的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)将所述双重乳液在第二亲脂相中进行再乳化,得到三重乳液;
(d)诱导溶液中的一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,该微胶囊悬浮在作为第二亲脂相的外部相中。
从另一方面来看,本发明提供了一种根据上述方法制备的组合物。
从另一个方面来看,本发明提供了一种食品、饮料、化妆品、家庭护理产品、个人护理产品、药物、医疗器械、生物材料或农用化学品,其掺入了如上文所述的微胶囊或组合物。
从另一方面来看,本发明提供了如上文所述的微胶囊或如上文所述的组合物在生产食品、饮料、化妆品、家庭护理产品、个人护理产品、药物、医疗器械、生物材料或农用化学品中的用途。
定义
如本文所使用的,术语“水溶性”是指在环境温度(例如25℃±2℃)和环境压力(例如1013毫巴)下测量的在水中的溶解度为至少等于1克/升(g/L)的物质。
如本文所使用的,术语“亲水相”是指水溶性成分能够溶解于其中的相。
如本文所使用的,术语“油溶性”是指在环境温度(例如25℃±2℃)和环境压力(例如1013毫巴)下测量的在油或有机溶剂中的溶解度为至少等于1克/升(g/L)的物质。
如本文所使用的,术语“亲脂相”是指油溶性成分能够溶解于其中的相。
如本文所使用的,术语“初级乳液”是指其中亲水相分散在不混溶的亲脂相中的体系。
如本文所使用的,术语“双重乳液”是指本身已分散在另外的不混溶相(例如植物基蛋白质溶液)中的初级乳液。
如本文所使用的,术语“三重乳液”是指本身已分散在另外的不混溶相例如亲脂相中的双重乳液。
如本文所使用的,术语“油溶性表面活性剂”是指可以降低亲脂相的表面张力的化合物。
如本文所使用的,术语“多核心形态”用于描述由分散在不混溶的中间相(其本身分散在外部相中)中的若干内部液滴组成的复杂乳液。
如本文所使用的,术语“单核心形态”用于描述由被外壳包围的单个内部液滴组成的双重乳液,该外壳由第二不混溶的液体组成,其本身分散在外部相中。
如本文所使用的,缩写“W/O”代表“油包水型”。
如本文所使用的,缩写“W/O/W/O”代表“油包水包油再包水型”。
具体实施方式
本发明提供了一种微胶囊,其包括:
(a)包含水溶性成分的亲水相;
(b)亲脂相;和
(c)植物基蛋白水凝胶外壳。
本发明的微胶囊可以用于包封各种各样的物质并且具有多种工业应用,这包括化妆品、食品用途、家用产品用途、农用化学品用途和药物用途。
在本发明的优选微胶囊中,亲水相包含水。
本发明的微胶囊包含水溶性成分。用于本发明的微胶囊的合适水溶性成分在以下描述。亲水相中水溶性成分的浓度将根据所采用的特定水溶性成分的溶解度和/或最终微胶囊产品中所需的水溶性成分的量而变化。
合适的水溶性成分包括维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B6、维生素B7、维生素B9、维生素B12、维生素C、泛醇、α-羟基酸、水溶性矿物盐、水溶性植物提取物和酵母、酶、抗生素、寡肽、蛋白质和蛋白质水解物。
合适的水溶性成分包括维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B6、维生素B7、维生素B9、维生素B12、维生素C、泛醇、α-羟基酸、β-羟基酸、多酚、多糖、水溶性矿物盐、水溶性植物提取物和酵母、酶、抗生素、寡肽、蛋白质和蛋白质水解物。
在本发明的优选微胶囊中,亲水相还包含流变改性剂(例如水胶体),其起到稳定亲水相的作用。优选地,流变改性剂选自金合欢树胶、褐藻酸、果胶、黄原胶、结冷胶(gellangum)、卡波姆、糊精、明胶、瓜尔胶、氢化植物油类别1、硅酸铝镁、麦芽糊精、羧甲基纤维素、微纤化纤维素(microfibrillated cellulose)、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮、海藻酸钠、淀粉、玉米醇溶蛋白、水不溶性交联聚合物如交联纤维素、交联淀粉、交联CMC、交联羧甲基淀粉、交联聚丙烯酸酯和交联聚乙烯基吡咯烷酮、滑石、二氧化硅以及膨胀粘土如膨润土和合成锂皂石。
在本发明的优选微胶囊中,亲脂相包含油。优选地,油选自植物基油(例如植物油)和合成油。
在本发明优选的微胶囊中,亲脂相还包含油溶性表面活性剂。优选地,油溶性表面活性剂选自蔗糖脂肪酸酯如蔗糖硬脂酸酯、蔗糖棕榈酸酯、蔗糖油酸酯、蔗糖月桂酸酯、蔗糖山萮酸酯和蔗糖芥酸酯;脱水山梨糖醇脂肪酸酯如脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇三硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单油酸酯、脱水山梨糖醇三油酸酯和脱水山梨糖醇倍半油酸酯;甘油脂肪酸酯如甘油单硬脂酸酯和甘油单油酸酯;以及聚甘油脂肪酸酯如二甘油四异硬脂酸酯、二甘油二异硬脂酸酯、二甘油单异硬脂酸酯和聚甘油蓖麻醇酯(聚甘油聚蓖麻酸酯,polyglycerol polyricinoleate)。特别优选的油溶性表面活性剂是聚甘油蓖麻醇酯。
不希望受理论的束缚,认为在本发明的微胶囊中油溶性表面活性剂的存在允许形成更稳定的初级乳液,因为油溶性表面活性剂可以降低亲脂相的表面张力。
在本发明的优选微胶囊中,亲脂相中油溶性表面活性剂的浓度在0.01%w/w至10%w/w的范围内,优选地在0.1%w/w至5%w/w的范围内,更优选地在0.5%w/w至2%w/w的范围内。
在本发明优选的微胶囊中,亲脂相还包含油溶性成分。用于本发明的微胶囊的合适油溶性成分在以下描述。
其他油溶性成分包括脂肪酸;甘油三酯或其混合物;ω-3脂肪酸,如a-亚麻酸(18:3n3)、十八碳四烯酸(18:4n3)、二十碳五烯酸(20:5n3)(EPA)和二十二碳六烯酸(22:6n3)(DHA),以及它们的衍生物和它们的混合物;脂溶性维生素,如维生素A、维生素D、维生素E和维生素K;抗氧化剂,如生育酚和抗坏血酸衍生物;类视黄醇或视黄醇;精油;生物类黄酮、萜类化合物;生物类黄酮和萜类化合物的合成物等。
在本发明的优选微胶囊中,植物基蛋白水凝胶外壳是自组装的植物基蛋白水凝胶外壳。
在本发明的微胶囊中用作外壳的植物基蛋白水凝胶优选通过以下方法制备,该方法包括:
a)在溶剂体系中形成包含一种或多种植物基蛋白质的溶液,其中溶剂体系包含可混溶的共溶剂;其中第一共溶剂增加一种或多种植物基蛋白质的溶解度,并且第二共溶剂降低一种或多种植物基蛋白质的溶解度;和
b)诱导溶液中的蛋白质经历溶胶-凝胶转变,以形成植物基蛋白水凝胶。
可以使用任何合适的植物基蛋白质。合适的植物来源包括大豆、豌豆、稻米、马铃薯、小麦、玉米醇溶蛋白(corn zein)、高粱等。特别优选的植物蛋白包括大豆蛋白、豌豆蛋白、马铃薯蛋白、油菜籽蛋白和/或稻米蛋白,更优选大豆蛋白和/或豌豆蛋白。
合适的植物基蛋白质还包括:
-芸苔属:包括巴利阿里芸苔(Brassica balearica):马略卡卷心菜(Mallorcacabbage),埃塞俄比亚芥(Brassica carinata):阿比西尼亚芥菜(Abyssinian mustard)或阿比西尼亚卷心菜(Abyssinian cabbage),长偃麦草(Brassica elongata):细长芥菜(elongated mustard),地中海包心菜(Brassica fruticulosa):地中海卷心菜(Mediterranean cabbage),芥菜(Brassica hilarionis):圣依拉良卷心菜(St Hilarioncabbage),雪菜(Brassica juncea):印度芥菜(Indian mustard),褐芥菜和叶芥菜(brownand leaf mustard),萨雷普塔芥菜(sarepta mustard),欧洲油菜(Brassica napus):油菜籽,加拿大油菜(canola),芜菁甘蓝(Rutabaga),塌棵菜(Brassica narinosa):蹋菜(broadbeaked mustard),黑芥(Brassica nigra):黑芥(black mustard),花椰菜(Brassica oleracea):羽衣甘蓝(kale),卷心菜,洋葱甘蓝(Collard Greens),青花菜(broccoli),花椰菜(cauliflower),芥兰(kai-lan),抱子甘蓝(Brussels Sprouts),苤蓝(kohlrabi),油白菜(Brassica perviridis):嫩绿(tender green),芥末菠菜(MustardSpinach),鸡毛菜(Brassica rapa,同名B.campestris):大白菜(Chinese cabbage),芜菁(turnip),西洋菜台(rapini),小松菜(komatsuna),Brassica rupestris:褐芥菜(brownmustard),非洲芥菜(Brassica tournefortii):亚洲芥菜(Asian mustard)
-茄科:包括西红柿、马铃薯、茄子、灯笼椒和朝天椒(chili pepper);
-谷物:包括玉米、稻米、小麦、大麦、高粱、小米、燕麦、黑麦、黑小麦、菲尼奥(Fonio)
-假谷物类:包括苋菜(amaranth)(千穗谷(love-lies-bleeding)、红苋菜(redamaranth)、千须米(prince-of-Wales-feather))、面包果(breadnut)、荞麦(buckwheat)、奇亚籽(chia)、鸡冠花(cockscomb)(也称为鹌鹑草(quail grass)或soko)、鹅掌藜(pitseed goosefoot)、彩藜藜麦(quinoa)和金合欢籽(wattleseed)(也称为金合欢种子);
-豆科植物:包括翅枝金合欢(Acacia alata)(翼果金合欢(Winged Wattle))、Acacia decipiens、柳荆(Acacia saligna)(通常已知有各种名称,包括coojong、金色花冠金合欢(golden wreath wattle)、橙色金合欢(orange wattle)、蓝叶金合欢(blue-leafedwattle))、落花生(Arachis hypogaea)(花生(peanut))、环黄芪(Astragalusgalegiformis)、金链花(Cytisus laburnum)(常见金链花(common laburnum)、金链(golden chain)或金雨(golden rain))、金雀儿花(Cytisus supinus)、Dolichios lablab(常见名称包括扁豆(hyacinth bean)、风信子豆(lablab-bean bonavist bean/pea)、牛豆(dolichos bean)、seim bean、鹊豆(lablab bean)、埃及云豆(Egyptian kidney bean)、印度豆(Indian bean)、巴拉豆(bataw)和澳洲豌豆(Australian pea))、小扁豆(Ervum lens)(滨豆(Lentil))、染料木(Genista tinctorial)(常见名称包括染料whin、蜡菘蓝(waxenwoad)和蜡木(waxen wood))、大豆(Glycine max)(大豆(Soybean))、西班牙野豌豆(Lathyrus clymenum)(豌豆藤蔓(peaVine)或山黧豆(vetchling))、香豌豆(Lathyrusodoratus)(豌豆藤蔓或山黧豆)、家山黧豆(Lathyrus staivus)(豌豆藤蔓或山黧豆)、林生山黧豆(Lathyrus Silvetris)(豌豆藤蔓或山黧豆)、芦笋豆(Lotus tetragonolobus)(芦笋豌豆(asparagus-pea)或翼果豌豆(winged pea))、白羽扇豆(Lupinus albus)(羽扇豆(Lupin))、狭叶羽扇豆(Lupinus angustifolius)(羽扇豆)、黄花羽扇豆(Lupinus luteus)(羽扇豆)、多叶羽扇豆(Lupinus polyphyllus)(羽扇豆)、紫花苜蓿(Medicago sativa)(紫苜蓿(Alfalfa))、吉豆(Phaseolus aureus)(绿豆(Mung bean))、荷包豆(Phaseoluscoccineus)(红花菜豆(Runner Bean))、菜豆(Phaseolus nanus)(四季豆(Green bean)/菜豆(French bean))、腰豆(Phaseolus vulgaris)(四季豆/菜豆)、小青豆(Pisum sativum)(豌豆)、杂种车轴草(Trifolium hybridum)(三叶草(Clover))、红车轴草(Trifoliumpretense(红三叶草(Red clover))、南豆(Vicia faba)(蚕豆(Broad bean))、荒野豌豆(Vicia sativa)(野豌豆(Vetch))、豇豆(Vigna unguiculate)(牛豌豆(cowpea))
-非豆科植物:包括:Acanshosicyos horrida(Acanshosicyos horrida)、欧洲七叶树(Aesculus hyppocastanum)(七叶树(Conker tree)/马栗树(Horsechestnut))、腰果(Anacardium occidentale)(腰果树(Cashew tree))、埃及酸叶木(Balanitesaegyptica)、巴西果(Bertholletia excels)(巴西坚果(Brazil nut))、甜菜(Betavulgaris)(糖用甜菜(Sugar beet))、欧洲油菜(Brassica napus)(油菜籽(Rapeseed))、雪菜(Brassica juncea)(褐芥菜)、黑芥(Brassica nigra)(黑芥菜)、白芥菜(Brassicahirta)(欧亚芥菜(Eurasian mustard))、大麻(Cannabis sativa)(大麻(marijuana))、西瓜(Citrullus vulgaris)(西瓜种类)、Citrus aurantiaca(柑橘(Citrus))、印度南瓜(Cucurbita maxim)(窝瓜(squash))、甜荞(Fagopyrum esculentum)(虎杖(knotweed))、海岛棉(Gossypiumbarbadense)(超长绒棉)、向日葵(Heianthus annuus)(向日葵(sunflower))、烟属(Nicotianasp.)(烟草植物)、欧洲甜樱桃(Prunus avium)(樱桃(cherry))、欧洲酸樱桃(Prunus cerasus)(酸樱桃(Sour cherry))、欧洲李(Prunusdomestica)(李子(plum))、扁桃(Prunus amygdalus)(苦扁桃(almond))、蓖麻(Rricinuscommunis)(蓖麻子豆(Caster bean)/蓖麻油植物)、芝麻(Sasamum indicum)(胡麻(Sesame))、白芥(Sinapis alba)(白芥菜(White mustard))、Terlfalrea pedata(牡蛎坚果(Oyster nut))。
为避免疑义,本发明的植物基微胶囊不涵盖处于其自然状态的植物,例如天然形成的植物细胞、细胞器或囊泡不是本发明的植物基微胶囊。
在上述方法中,植物基蛋白水凝胶通过将植物基蛋白质添加到溶剂体系中而形成,其中溶剂体系包含两种或更多种如本文所定义的可混溶的共溶剂。
第一共溶剂增加一种或多种植物基蛋白质的溶解度。第一共溶剂可被认为是增溶共溶剂。可以存在一种或多种增溶共溶剂,并且该一种或多种增溶共溶剂可以完全或部分地增溶一种或多种植物基蛋白质。
增溶共溶剂的实例是有机酸。有机酸是具有酸性特性的有机化合物。合适的有机酸包括乙酸或α-羟基酸。合适的有机酸包括乙酸、α-羟基酸或β-羟基酸。合适的α-羟基酸包括乙醇酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸和酒石酸。合适的β-羟基酸包括β-羟基丙酸、β-羟基丁酸、β-羟基β-甲基丁酸、2-羟基苯甲酸和肉毒碱。优选的有机酸是乙酸和乳酸。使用有机酸能够实现植物蛋白的增溶,并且还允许该蛋白质的温和水解。例如,不希望受理论的束缚,植物基蛋白质在有机酸中的溶解度可能是由于:i)蛋白质的质子化和ii)有助于减少疏水相互作用的阴离子溶剂化层的存在。一旦最初溶解在有机酸中,植物基蛋白质的质子化可以有助于使它们在非溶剂例如水中稳定。
优选地,第一共溶剂是有机酸。
与第一共溶剂相比,第二共溶剂降低了一种或多种植物基蛋白质的溶解度。第二共溶剂可以被认为是脱溶性共溶剂。可以存在一种或多种脱溶性共溶剂。
一种或多种脱溶性第二共溶剂的实例是水性缓冲液。在另一个实施方案中,第二共溶剂可以是水、乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、甲酰胺、2-丙醇、1-丁醇、1-丙醇、己醇、叔丁醇、乙酸乙酯或六氟异丙醇。在一个特别优选的实施方案中,第二共溶剂是水和乙醇。在另一个特别优选的实施方案中,第二共溶剂是水。
优选地,溶剂体系包含的共溶剂比率为约20-80%v/v,优选地约20-60%v/v、约25-55%v/v、约30-50%v/v、约20%、约30%、约40%、约50%或约60%v/v,最优选地约30-50%v/v。
优选地,一种或多种植物基蛋白质在溶剂体系中的浓度为25-200mg/ml,更优选地50-150mg/ml。有机酸的比率可以根据蛋白质浓度而变化,例如随着蛋白质浓度的增加,使用更高的有机酸比率。
优选地,控制蛋白质水解的程度以改变所得水凝胶的性质。例如,增加形成期间存在的酸浓度将增加蛋白质水解的程度。较高程度的蛋白质水解导致较低刚性水凝胶的形成。
为了形成包含一种或多种植物基蛋白质的溶液,可能需要对蛋白质/溶剂体系混合物施加物理刺激以使该蛋白质能够溶解。合适的物理刺激包括加热、超声处理、搅拌、高剪切混合或其他物理技术。一种优选的技术是加热,任选地随后进行超声处理。
优选地,使蛋白质/溶剂体系混合物经历加热的物理刺激,其中将溶液加热至约或高于70℃。更优选地,将蛋白质/溶剂体系混合物加热至约或高于75℃、约或高于80℃、约或高于85℃或约90℃。甚至更优选地,将蛋白质/溶剂体系混合物加热至85℃。
优选地,使蛋白质/溶剂体系混合物经历加热约5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟或大于30分钟的时间的物理刺激。优选的加热时间为约30分钟。使加热的蛋白质/溶剂体系混合物任选地经历后续超声处理(例如持续长达60分钟的时间,更优选持续长达10分钟的时间)。
然后加热蛋白质溶液,使得液体溶液保持高于一种或多种蛋白质的溶胶-凝胶转变温度。通过改变溶剂体系(例如通过选择有机酸的选择、有机酸与其他溶剂的比率或通过其他方式),可以改变一种或多种蛋白质的溶胶-凝胶转变温度。通过条件的适当选择,可以小心控制蛋白质的溶胶-凝胶转变,由此控制水凝胶的形成。
优选地,将蛋白质溶液加热至约或高于70℃。更优选地,将蛋白质加热至约或高于75℃、约或高于80℃、约或高于85℃或约90℃。甚至更优选地,将蛋白质加热至85℃。
蛋白质溶液可以在升高的温度下保持约5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟、45分钟或1小时的时间段。优选的时间段是至少30分钟以使蛋白质能够完全溶解。可以将蛋白质溶液在升高的温度下保持更长的时间段。这可以有用于商业批处理或用于流体加工步骤,其中需要将蛋白质溶液以液体形式保留更长的时间段。
将蛋白质溶液加热至高于该蛋白质溶液的溶胶-凝胶转变温度后,可以将蛋白质溶液的温度降低至低于该溶胶-凝胶转变温度的第二温度以促进水凝胶的形成。第二温度可以是室温。蛋白质溶液可以在降低的温度下保持约5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟或约30分钟的时间段。一个特别降低的时间段为约5分钟。然而,上述方法允许蛋白质长时间段保留在溶液中。因此,根据需要,蛋白质溶液可以保持高于溶胶-凝胶转变温度,只要要求将蛋白质保持为液体形式即可。这可以是数小时、数天或更长时间,但优选为约数分钟或数小时。此外,由于反应是可逆的,所以可以将溶液例如保持在较低的温度(例如室温),在该温度下水凝胶将形成,但之后被加热至高于溶胶-凝胶转变温度以使溶液恢复至液态以进行进一步处理。以这种方式的蛋白质水凝胶可以储存数小时、数天、数周、数月或数年,因为水凝胶可以长期保持稳定。
特定温度将取决于蛋白质来源的性质、所使用的溶剂条件以及因此的溶胶-凝胶转变温度。备选地,升高和降低的温度可以相对固定(例如约85℃,然后约室温),并调整共溶剂混合物条件以确保所选植物基蛋白的合适溶胶-凝胶转变温度。
不希望受理论的束缚,据信当将植物蛋白添加到溶剂体系中时,植物蛋白形成不溶性胶体蛋白质聚集体的高粘性分散体。
此外,据信机械搅拌(例如超声处理)的施加将大的胶体蛋白质聚集体破坏成较小的聚集体,以及破坏蛋白质分子间的相互作用。利用这种方法,可以在胶凝之前将蛋白质聚集体的尺寸显著减小到低于100nm的粒度。优选地,上述方法包括平均尺寸小于200nm,优选地小于150nm、小于125nm、小于100nm、小于90nm、小于80nm、小于70nm、小于60nm、小于50nm、小于40nm或小于30nm的蛋白质聚集体。
聚集体尺寸可以通过动态光散射(DLS)来测量。测量聚集体尺寸的合适设备是Zetasizer Nano S(Malvern)。
此外,据信在共溶剂体系的存在下将蛋白质溶液加热至高于溶胶-凝胶温度后,植物蛋白部分展开,从而导致最初埋藏在蛋白质天然结构中的疏水性氨基酸暴露。一旦部分展开,共溶剂就能够与展开的蛋白质分子相互作用。例如,有机酸有更大机会使氨基酸残基质子化,以及能够实现使疏水相互作用稳定的阴离子盐桥的形成。此外,在升高的温度下加热后,蛋白质-蛋白质的非共价分子间接触被破坏。此外,据信在将蛋白质溶液冷却至低于溶胶-凝胶温度后,蛋白质-蛋白质非共价分子间接触得以实现,从而促进植物蛋白分子自组装成超分子聚集体的网络。
在胶凝之后,聚集体可能是细链状的。聚集体可以具有50至500nm的中位数平均长度。聚集体可以具有50至500nm的中值平均长度。80%的聚集体可以具有50至500nm的平均长度。聚集体可以具有5至50nm的中位数高度。聚集体可以具有5至50nm的中值平均高度。80%的聚集体可以具有5至50nm的平均高度。在一个优选的实施方案中,聚集体具有50至500nm的中位数平均长度和/或5至50nm的中位数平均高度。
不希望受理论的束缚,认为上述方法允许植物蛋白聚集成由分子间氢键相互作用(并且特别是在β-链之间)保持的超分子结构。因此,优选地,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶具有高水平的β-折叠分子间相互作用。
优选地,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶具有蛋白质二级结构,其具有至少40%的分子间β-折叠、至少50%的分子间β-折叠、至少60%的分子间β-折叠、至少70%的分子间β-折叠、至少80%的分子间β-折叠或至少90%的分子间β-折叠。优选地,分子间β-折叠含量的%通过FTIR测量。据信,先前由植物基蛋白来源制成的凝胶在二级结构中可能具有较少量的分子间β-折叠,从而导致现有技术的不利性能。
在本发明的微胶囊中用作外壳的植物基蛋白水凝胶具有有利的机械性能。例如,在温度变化时从凝胶可逆地变为液体的能力能够实现有利的制造能力。
优选地,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶在10rad/s下具有大于500Pa、大于1000Pa、大于2500Pa、大于3000Pa、大于4000Pa的储能模量(G')。
优选地,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶表现出剪切稀化行为,其中粘度随着剪切速率的增加而降低。
优选地,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶不受最终产品制造过程期间通常存在的加工条件,例如暴露于高温(例如>95℃)和/或高剪切条件。更优选地,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶对于这样的加工条件是化学和/或机械稳定的。
优选地,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶在低pH条件下是稳定的。更优选地,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶在小于3的pH(例如小于2的pH)下是稳定的。当微胶囊要用于食品、饮料或药物产品时,这是特别有利的。优选地,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶表现出独特的热可逆胶凝行为。在升高的温度下加热和/或通过施加机械搅拌后,蛋白质凝胶恢复为液体形式。这是以前的水凝胶所没有观察到的独特特性,其在加热后不会恢复到完全液态。相反,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶可以恢复到完全液态。优选地,在升高的温度下加热和/或通过施加机械搅拌,蛋白质溶液可以具有低于250Pa、低于100Pa、低于50Pa、低于10Pa的储能模量。这使得本发明的微胶囊能够具有独特的制造能力。
同样,如果期望,可以通过移除溶剂体系来移除热可逆性。一旦形成了本发明的植物基微胶囊,就可以洗掉溶剂体系,这将停止微胶囊的热可逆特性。因此,如果之后微胶囊被加热,其将保持稳定并且将不会再熔化。这使得例如根据本发明的微胶囊能够经历高温过程但仍保持完整和稳定。
因此,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶具有在现有植物基水凝胶中未观察到的独特性质。这些包括从市售来源的高浓度(即5%-15%w/w)植物基蛋白质形成水凝胶的能力,以及在热变性时将这样的高度浓缩的蛋白质溶液保持在液态的能力,其使得它们能够模塑成明确定义的物体。
在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶的一个特征是不需要提供交联剂,因为植物蛋白将自形成水凝胶。因此,优选地在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶不含有或基本上不含有交联剂。
然而,在一个备选实施方案中,在本发明微胶囊中用作外壳的水凝胶可以包含交联剂。合适的交联剂包括微生物转谷氨酰胺酶、戊二醛、甲醛、乙二醛、酚类化合物、环氧化合物、京尼平(genipin)或二醛淀粉。备选地,交联剂是三聚磷酸钠。
由于水凝胶的多孔网络,水凝胶内的溶剂混合物可以交换为另一种溶剂混合物,而不会损害水凝胶的机械稳定性。可以进行溶剂交换过程以从水凝胶多孔网络中除去有机酸。
优选地,在本发明的微胶囊中用作外壳的水凝胶可以掺入一种或多种增塑剂。可能的增塑剂包括乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、聚乙二醇、丙二醇、山梨糖醇、甘露糖醇、木糖醇、脂肪酸、葡萄糖、甘露糖、果糖、蔗糖、乙醇胺、脲、三乙醇胺;植物油、卵磷脂、蜡和氨基酸。
优选地,水凝胶可以包含约1%、约2%、约5%、约10%、约20%、约30%、约40%、约50%、约60%或更多的增塑剂。备选地,水凝胶可以包含约5-50%的增塑剂、约10-50%、约20-40%、约15-35%或约20%的增塑剂。
添加增塑剂可能影响材料的机械性能。典型地,添加增塑剂将增加材料的弹性,但这典型地相反会降低所得材料的强度。
使用植物基水凝胶作为本发明微胶囊中的外壳与以前使用的动物或石化来源相比具有许多优点。首先,植物来源是可再生的,并且可以以环境有效的方式有效地获得。其次,植物来源是可生物降解的,并且因此是其他塑料的环保替代品。第三,与动物来源的蛋白质相比,植物基蛋白质具有显著优势,即它们不会将动物来源的蛋白质引入人体中。这从药理学和药物学前景来看都有积极的影响,其中动物来源的材料必须经过严格的检查和处理,以确保不存在不利因素(例如除去朊病毒等);而且因为产品适合素食者/严格素食者。
由于植物基蛋白质天然存在于人类(或其他动物)的饮食中,所以与其他生物聚合物如多糖(例如,藻酸盐或壳聚糖)相比,在本发明的微胶囊中用作外壳的植物基水凝胶表现出更高程度的可消化性。这使得它们特别适用于制药、食品和/或化妆品用途。
在本发明的优选微胶囊中,植物基蛋白水凝胶外壳的蛋白质含量为5至20g/100g,更优选地5至15g/100g,甚至更优选地5至12.5g/100g。
在本发明的优选微胶囊中,根据Boisen方案(在Animal Feed Science andTechnology(动物饲料科技),51,pp.29-43(1995)中详述)测量的植物基蛋白水凝胶外壳的Boisen蛋白质消化率为80至100%,更优选地90至100%,甚至更优选地95至100%。
在本发明优选的微胶囊中,在28天之后根据ISO-14851测量的植物基蛋白水凝胶外壳的基于O2消耗的生物降解百分比为70至100%,更优选地80至100%,甚至更优选地85至100%。
在本发明的优选微胶囊中,在28天之后根据ISO-14851测量的植物基蛋白水凝胶外壳的基于CO2产生的生物降解百分比为70至100%,更优选地75至100%,甚至更优选地80至100%。
在本发明的优选微胶囊中,亲水相分散在亲脂相中。
在本发明优选的微胶囊中,亲水相和亲油相被植物基蛋白水凝胶外壳包封。
在本发明的优选微胶囊中,亲水相和亲脂相形成油包水型乳液。
在本发明优选的微胶囊中,油包水型乳液被植物基蛋白水凝胶外壳包封。这样的实施方案以图形方式描绘在图1中。
本发明的优选微胶囊具有多核心形态。这样的实施方案以图形方式描绘在图1的右侧图像中。当要求较慢释放包封材料和/或要求较低负载的包封材料时,具有多核心形态的微胶囊是有利的,例如含维生素的微胶囊。由于较高的外壳-核心比,具有多核心形态的微胶囊与具有单核心的微胶囊相比通常还具有增加的强度。
本发明的备选优选微胶囊具有单核心形态。这样的实施方案以图形方式描绘在图1的左侧图像中。当要求更快释放包封材料和/或要求更高负载的包封材料时,具有单核心形态的微胶囊是有利的,例如含香料的微胶囊。
本发明的微胶囊包封水溶性成分。本发明的微胶囊任选地还包封油溶性成分。
在本发明的优选微胶囊中,植物基蛋白水凝胶外壳可以包封任何营养食品、化妆品、药物或农用化学品合适的活性剂,这包括维生素、必需脂肪酸、抗氧化剂、小分子、亲水性小分子、疏水性小分子、蛋白质、抗体、抗体-药物缀合物、香料和其他大分子。
合适的被包封的试剂包括一种或多种选自以下的试剂:
用于弹性体制剂、橡胶制剂、油漆制剂、涂料制剂、粘合剂制剂或密封剂制剂的聚合的交联剂、硬化剂、有机催化剂和金属基催化剂(例如铂、钯、钛、钼、铜或锌的有机复合物和无机复合物);
染料、着色剂、油墨用颜料、个人护理产品、弹性体制剂、橡胶制剂、油漆制剂、涂料制剂、粘合剂制剂、密封剂制剂或纸张制剂;
用于洗涤剂、家居清洁产品、个人护理产品、纺织品(所谓的智能纺织品)、涂料制剂的香料。对本发明有用的香料是属于由国际香料协会(IFRA)公布和更新的标准物清单的任何化合物;
芳香料(aroma)、调味料、维生素、氨基酸、蛋白质、必需脂质、益生菌、抗氧化剂、饲料和食品用防腐剂;
用于洗涤剂和个人护理产品的织物柔软剂和调理剂;
用于个人护理产品、纺织品(所谓的智能纺织品)的生物活性化合物如酶、维生素、蛋白质、植物提取物、保湿剂、消毒剂、抗菌剂、防晒剂、药物。这些化合物包括但不限于维生素A、维生素B、维生素C、维生素D、维生素E、对氨基苯甲酸、α-羟基酸、樟脑、神经酰胺、鞣花酸、甘油、甘氨酸、乙醇酸、透明质酸、氢醌、异硬脂酸异丙酯、棕榈酸异丙酯、羟苯甲酮、泛醇、脯氨酸、视黄醇、棕榈酸视黄酯、水杨酸、山梨酸、山梨糖醇、三氯生、酪氨酸;和
肥料、除草剂、杀昆虫剂、杀虫剂、杀真菌剂、驱虫剂、农用化学品用消毒剂。出于本发明的目的,本领域技术人员将理解以上列出的被包封的试剂中哪些是水溶性成分以及哪些是油溶性成分。
在本发明的特别优选微胶囊中,植物基水凝胶外壳包封至少一种维生素或矿物质。这样的微胶囊在食品和饮料产品中具有有用的应用,例如用于强化食品或饮料,或在医药产品中具有有用的应用,例如用于递送活性成分。
优选地,至少一种维生素或矿物质选自维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B6、维生素B7、维生素B9、维生素B12、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、镁、钠、钾、锌、铁、钙、碘和磷或其混合物。
如本领域技术人员将理解的,至少一种维生素可以作为维生素原存在于微胶囊中,其在使用期间(例如在人或动物的消化系统条件下)降解为活性维生素。
在本发明的优选微胶囊中,植物基蛋白水凝胶外壳的厚度在10nm至50,000μm的范围内,优选地在10μm至100μm的范围内,更优选地在10μm至50μm的范围内,最优选地在1μm至10μm的范围内。
在本发明的优选微胶囊中,植物基蛋白水凝胶外壳的厚度为约100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、25μm、30μm、30μm、35μm、40μm或50μm。
在本发明的优选微胶囊中,微胶囊在最大尺寸方面的尺寸为小于1mm、小于900μm、小于800μm、小于700μm、小于600μm、小于500μm、小于400μm、小于300μm、小于200μm或小于100μm。
在本发明的优选微胶囊中,在对微胶囊施加压力时(例如,施加压力破坏植物基蛋白水凝胶外壳)微胶囊将水溶性成分和/或油溶性成分释放到表面。优选地,表面是生物表面。更优选地,生物表面选自毛发、皮肤和牙齿。备选地,表面是纺织品。植物基蛋白水凝胶外壳的多孔性质允许水溶性成分和/或油溶性成分从微胶囊中受控释放。
在本发明的优选微胶囊中,作为植物基蛋白水凝胶外壳的酶促降解的结果,微胶囊释放水溶性成分和/或油溶性成分。优选地,所述酶促降解在人或动物的消化系统中发生。备选地,所述酶促降解由人或动物皮肤中的酶触发。
本发明还提供了一种包含如上文所述的至少一个微胶囊和外部相的组合物。
在本发明的优选组合物中,至少一个微胶囊分散在外部相中。
在本发明的优选组合物中,外部相是外部水相(例如盐的水溶液)。优选地,外部水相是连续的外部水相。在本发明的一种备选优选组合物中,外部相是外部亲脂相。
不希望受理论的束缚,认为控制微胶囊内部和外部的相对离子电位可以允许调节跨微胶囊的渗透压。反过来,这可以允许控制成分从微胶囊中的释放特性(例如,一种或多种水溶性成分从微胶囊中受控或延迟释放)。
本发明的微胶囊的这种结构意味着包封的初级乳液随时间/在储存时保持稳定,例如,包封的初级乳液可以保护以免于氧化、由于光所致的降解、与外部环境的反应和/或蒸发等。例如,本发明的含维生素的微胶囊在它们可能已被掺入其中的食物/饮料中将随着时间的推移保持稳定,但是一旦被食用,则可以在消化道中提供一种或多种维生素的受控释放。
本发明的优选微胶囊包封至少一种维生素或矿物质,其中至少25%,更优选地至少40%,甚至更优选地至少50%,甚至更优选地至少60%的初始包封的至少一种维生素或矿物质在20℃的水中温育10天之后仍存在于微胶囊内,如通过HPLC测定的。
优选地,至少一种维生素或矿物质选自维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B6、维生素B7、维生素B9、维生素B12、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、镁、钠、钾、锌、铁、钙、碘和磷或其混合物。
如本领域技术人员将理解的,至少一种维生素可以作为维生素原存在于微胶囊中,其在使用期间(例如在人或动物的消化系统条件下)降解为活性维生素。
本发明还提供了一种用于制备如上文所述的微胶囊的方法,其包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于植物基蛋白的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)将所述双重乳液在第二亲脂相进行再乳化,得到三重乳液;
(d)诱导溶液中的一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,该微胶囊悬浮液在作为第二亲脂相的外部相中;和
(e)洗涤微胶囊以除去第二亲脂相。
在本发明的优选方法中,所述植物基蛋白质溶液包含在溶剂体系中的一种或多种植物基蛋白质,其中该溶剂体系包含可混溶的共溶剂;其中第一共溶剂增加一种或多种植物基蛋白质的溶解度,并且第二共溶剂降低一种或多种植物基蛋白质的溶解度。一种或多种植物基蛋白质、第一共溶剂和第二共溶剂的优选特征是如上所讨论的。
在本发明的优选方法中,初级乳液的直径为小于或等于5μm,优选地小于或等于4μm,更优选地小于或等于3μm,甚至更优选地小于或等于2μm,最优选地小于或等于1μm。
在本发明的优选方法中,双重乳液的直径为小于或等于100μm,优选地小于或等于50μm,更优选地小于或等于30μm。
在本发明的优选方法中,三重乳液的直径为小于或等于200μm,优选地小于或等于150μm,更优选地小于或等于100μm。
在本发明的优选方法中,第一和第二亲脂相是相同的(例如它们是相同类型的油)。
在本发明的备选优选方法中,第一和第二亲脂相是不同的(例如,它们是不同类型的油)。
在本发明的优选方法中,第一和/或第二亲脂相还包含油溶性表面活性剂。优选地,一种或多种油溶性表面活性剂选自蔗糖脂肪酸酯如蔗糖硬脂酸酯、蔗糖棕榈酸酯、蔗糖油酸酯、蔗糖月桂酸酯、蔗糖山萮酸酯和蔗糖芥酸酯;脱水山梨糖醇脂肪酸酯如脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇三硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单油酸酯、脱水山梨糖醇三油酸酯和脱水山梨糖醇倍半油酸酯;甘油脂肪酸酯如单硬脂酸甘油酯和单油酸甘油酯;以及聚甘油脂肪酸酯如二甘油四异硬脂酸酯、二甘油二异硬脂酸酯、二甘油单异硬脂酸酯和聚甘油蓖麻醇酯。一种特别优选的油溶性表面活性剂是聚甘油蓖麻醇酯。
在本发明的优选方法中,第一和第二亲脂相中的油溶性表面活性剂是相同的。
在本发明备选的优选方法中,第一和第二亲脂相中的油溶性表面活性剂是不同的。
在本发明的优选方法中,所述微胶囊使用微流体装置形成。
本发明的优选方法还包括干燥微胶囊以形成干粉。优选地,所述干燥选自喷雾干燥、流化床干燥和/或托盘干燥。干燥步骤使得微胶囊易于处理,例如通过避免在大量水中运输最终微胶囊的需要。
本发明还提供了根据上文所述的方法制备的微胶囊。
一种用于制备如上文所述的微胶囊的备选方法包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相中进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于植物基蛋白质溶液的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)使所述双重乳液的植物基蛋白质溶液经历水相分离步骤或凝聚(反乳化,coacervation)步骤;
(d)诱导溶液中的一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,该微胶囊悬浮液在外部相中;和
(e)洗涤微胶囊以除去外部相。
本发明还提供了一种用于制备如上文所述的组合物的方法,其包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相中进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于植物基蛋白的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)将所述双重乳液在第二亲脂相中进行再乳化,得到三重乳液;
(d)诱导溶液中的一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,该微胶囊悬浮液在作为第二亲脂相的外部相中。
本发明的优选方法还包括:
(a)洗涤微胶囊以除去第二亲脂相;和
(b)将微胶囊重新悬浮在外部水相中。
在本发明的优选方法中,所述植物基蛋白质溶液包含在溶剂体系中的一种或多种植物基蛋白质,其中该溶剂体系包含可混溶的共溶剂;其中第一共溶剂增加一种或多种植物基蛋白质的溶解度,而第二共溶剂降低一种或多种植物基蛋白质的溶解度。一种或多种植物基蛋白质、第一共溶剂和第二共溶剂的优选特征是如上所讨论的。
在本发明的优选方法中,初级乳液的直径为小于或等于5μm,优选地小于或等于4μm,更优选地小于或等于3μm,甚至更优选地小于或等于2μm,最优选地小于或等于1μm。
在本发明的优选方法中,双重乳液的直径为小于或等于100μm,优选地小于或等于50μm,更优选地小于或等于30μm。
在本发明的优选方法中,三重乳液的直径为小于或等于200μm,优选地小于或等于150μm,更优选地小于或等于100μm。
在本发明的优选方法中,第二亲脂相包含油。优选地,油选自植物基油(例如植物油)和合成油。
在本发明的优选方法中,第一和第二亲脂相是相同的(例如它们是相同类型的油)。
在本发明的备选优选方法中,第一和第二亲脂相是不同的(例如,它们是不同类型的油)。
在本发明的优选方法中,第一和/或第二亲脂相还包含油溶性表面活性剂。优选地,一种或多种油溶性表面活性剂选自蔗糖脂肪酸酯如蔗糖硬脂酸酯、蔗糖棕榈酸酯、蔗糖油酸酯、蔗糖月桂酸酯、蔗糖山萮酸酯和蔗糖芥酸酯;脱水山梨糖醇脂肪酸酯如脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇三硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单油酸酯、脱水山梨糖醇三油酸酯和脱水山梨糖醇倍半油酸酯;甘油脂肪酸酯如甘油单硬脂酸酯和甘油单油酸酯;以及聚甘油脂肪酸酯二甘油如四异硬脂酸酯、二甘油二异硬脂酸酯、二甘油单异硬脂酸酯和聚甘油蓖麻醇酯。特别优选的油溶性表面活性剂是聚甘油蓖麻醇酯。
在本发明的优选方法中,第一和第二亲脂相中的油溶性表面活性剂是相同的。
在本发明备选的优选方法中,第一和第二亲脂相中的油溶性表面活性剂是不同的。
本发明的优选方法还包括向所述外部水相中加入悬浮剂。优选地,所述悬浮剂选自金合欢树胶、褐藻酸、果胶、黄原胶、结冷胶、卡波姆、糊精、明胶、瓜尔胶、氢化植物油类别1、硅酸铝镁、麦芽糊精、羧甲基纤维素、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮、海藻酸钠、淀粉、玉米醇溶蛋白、水不溶性交联聚合物如交联纤维素、交联淀粉、交联CMC、交联羧甲基淀粉、交联聚丙烯酸酯和交联聚乙烯基吡咯烷酮,以及膨胀粘土如膨润土和合成锂皂石。
在本发明的优选方法中,所述微胶囊使用微流体装置形成。
本发明还提供了一种根据上文所述的方法制备的组合物。
一种用于制备如上文所述的组合物的替代方法包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于植物基蛋白质溶液的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)使所述双重乳液的植物基蛋白质溶液经历水相分离步骤或凝聚步骤;
(d)诱导溶液中的一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,该微胶囊悬浮液在外部相中。
优选地,该替代方法还包括:
(e)洗涤微胶囊以除去外部相;和
(f)将微胶囊重新悬浮在外部水相中。
本发明还提供结合了如上文所述的微胶囊或如上文所述的组合物的食品、饮料、化妆品、药物、医疗装置、生物材料或农用化学品。
本发明还提供结合了如上文所述的微胶囊或如上文所述的组合物的食品、饮料、化妆品、家庭护理产品、个人护理产品、药物、医疗器械、生物材料或农用化学品。
本发明还提供了如上文所述的微胶囊或如上文所述的组合物用于生产食品、饮料、化妆品、家庭护理产品、个人护理产品、药物、医疗器械、生物材料或农用化学品的用途。
附图简述
图1示出了本发明的微胶囊的实施方案的图示。
图2是包含本发明实施例1的微胶囊的组合物的照片。
图3是包含本发明实施例2的微胶囊的组合物的照片。
图4是示出了与纤维素参考样品相比,实施例5的微胶囊基于O2消耗的随时间的生物降解百分比的图。
图5是示出了与纤维素参考样品相比,实施例5的微胶囊基于CO2产生的随时间的生物降解百分比的图。
图6示出了实施例5的微胶囊外壳的蛋白质二级结构分析。图6a是干燥的微胶囊的FTIR光谱图,并且图6b是由FTIR光谱中的酰胺I带计算的它们的二阶导数。图6c是一个条形图,其提供了由FTIR光谱中的酰胺I带计算的二级结构含量的定量。标示的误差条是三个不同光谱的平均值的标准偏差,其中每一个是128次扫描的共同平均值。
实施例
材料
-豌豆蛋白分离物(PPI)(80%蛋白质)和乳酸(80%)购自Cambridge CommoditiesLtd。
-二水合氯化钙购自Fisher Scientific。
-Miglyol 840和聚甘油蓖麻醇酯(PGPR)购自IOI Oleo。
-(1H,1H,2H,2H-全氟-1-辛醇)购自Sigma Aldrich。
-HFE-7500 3MTM NovecTM工程流体购自Fluorochem。
-008-含氟表面活性剂(008-FluoroSurfactant)购自RAN Biotechnologies。
-乳酸(85%,FG)、盐酸吡哆醇(≥98%,HPLC)(维生素B6)和聚山梨酯80(FG)购自Sigma-Aldrich。
-三聚磷酸钠αAesarTM、碳酸氢钠Ph.Eur.、氯化钾Ph.Eur.和硫酸镁购自FisherScientific。
-结冷胶高酰基LT100购自Special Ingredients。
-Miglyol 812、Miglyol 829和Myglyol 840购自IOI Oleochemical。
-聚甘油蓖麻醇酯(PGPR)购自Danisco。
-二水合硫酸钙购自Honeywell。
实施例1–微胶囊的制备
·内部相的制备:
通过超声处理将200μl的0.25M CaCl2溶液在800μl的含有4%(w/w)PGPR的Miglyol 840中乳化30秒来生产油包水型乳液。
·中间相的准备:
将豌豆蛋白分离物以125mg/ml的最终蛋白质浓度添加到35%(v/v)乳酸水溶液中。获得不溶性蛋白质的分散体。为了溶解蛋白质,将混合物暴露于超声处理持续30分钟(使用Bandelin Sonopuls HD 4200超声匀化器,其在以下参数下操作:高频功率输出=200W,频率=20KHz,振幅=20%)。在此过程期间,将样品温度保持在85℃-90℃。在30分钟后,获得完全半透明的液体溶液。将分散的液体PPI相(125mg/ml PPI的35%v/v乙酸溶液,保持在85℃)加载到15ml试管中并迅速放置在85℃的加热块上。为了防止PPI溶液在输送到微流体装置中期间的胶凝,使用定制的包括1/32”ID不锈钢管道的有机硅加热器(HolroydComponents)以保持连接PPI储罐和微流体装置中的入口的PPI管道的温度。硅加热器温度通过定做的温度控制器控制。
·外部油相的制备:
将008-含氟表面活性剂溶解在HFE-7500 3MTM NovecTM中至最终浓度为2%(w/w)。
·微胶囊的制备:
如在Biomacromolecules 2017,18,11,3642–3651中所述的,利用负性主光刻胶(SU8 3050),使用标准软光刻技术来制作非平面微流体装置(液滴发生器)。为了制作三重乳液,采用了串联乳化方法。第一个非平面液滴发生器装置由一个内部通道(50x50μm)和一个外部通道(100x100μm)组成,并且通过暴露于80W氧等离子体持续500秒而变得亲水性的。第二个非平面液滴发生器微流体装置由一个内部通道(200x200μm)和一个外部通道(300x300μm)组成,并且通过用的溶液冲洗所有通道而变得疏水性的。两个装置都经由小的1/32”OD PTFE管道连接。
通过压力驱动系统(Elveflow OB1)将内部相和中间相泵入到亲水性装置中而首先产生~50μm直径的液滴,从而获得双重乳液。将所产生的液滴转移到疏水性装置并通过外部相再次乳化,从而获得三重乳液。
测试不同的压力速率,直到实现微滴的单分散群的均匀且连续产生。最终压力速率对于内部相为350毫巴,对于中间蛋白质相为500毫巴,并且对于外部油相为180毫巴。将所产生的液滴收集在玻璃瓶中,并在10℃下保持12小时以确保胶凝过程完成。
然后将所形成的微胶囊通过标准脱乳化程序洗涤:首先从小瓶中取出含有含氟表面活性剂的连续油相。对于500ul的微胶囊,加入等体积的在HFE-7500 3M TM Novec TM中的10% PFO溶液并充分混合30秒。然后取出在HFE-7500 3MTM NovecT中的10% PFO溶液,并通过添加等体积的纯HFE-7500 3M TM Novec TM进行随后的两次油洗涤。最后,将2500μl的0.1MCaCl2溶液添加到小瓶中,导致微胶囊从油相转移到水相。将含有微胶囊悬浮液的上清液转移到单独的小瓶中。图2是实施例1的微胶囊组合物的照片。
实施例2–含有维生素B6的微胶囊的制备
·内部相的制备:
油包水(W/O)型乳液是通过探针超声处理生产的。将具有1M维生素B6溶液的0.03%结冷胶在含有4重量%PGPR的Miglyol 829油中以1份水对4份油的体积比进行乳化。
·中间相的制备:
制备500ml的混合物,该混合物由在35%(v/v)乳酸溶液中的10%(w/v)豌豆蛋白分离物组成。对混合物进行超声处理以破坏大的胶体聚集体(Hielscher UIP1000hdT(1000W,20kHz)),之后获得透明溶液。在90分钟内施加的能量为500kJ。
·连续油相的制备:
外部连续油相包含含有2重量%PGPR的Miglyol 840。
·微胶囊的制备:
通过使用膜乳化装置(AXF-1,Micropore Ltd)将内部相乳化到中间相中。生成的液滴尺寸为大约40μm。将所得的乳液连续泵入在55℃下的含有连续油相的玻璃夹套反应器中,并通过具有三叶片船用螺旋桨叶轮的Heidolph Hei-TORQUE Core顶置式搅拌器施加剪切以产生W/O/W/O型三重乳液。来自Micropore装置的双重乳液与本体乳化油的比率为1:4。
将连续油相维持在55℃的温度,同时以800rpm搅拌5分钟,之后反应器用冰水夹套冷却以将完成的三重乳液的温度降低至低于20℃。
使所形成的微胶囊在3℃下充分沉降3-4小时,然后滗析连续油相。然后将具有4重量%聚山梨醇酯80的0.1M三聚磷酸钠的溶液加入到微胶囊浆液中。在轻轻混合(150rpm,使用顶置式搅拌器)的情况下将该混合物留置18小时。然后胶囊用硬水溶液(含192mg/L的NaHCO3、120ml/L的CaSO4.2H2O、120mg/L的MgSO4、8mg/L的KCl)洗涤三次,以确保连续相油从微胶囊的表面彻底除去。
然后将最终的微胶囊滗析并以制成为50体积%浆液的洗涤溶液储存在冰箱(3℃)中。图3是实施例2的微胶囊组合物的照片。
·受控释放实验:
通过使用HPLC分析定量未包封的盐酸吡哆醇的浓度,以在10天的过程中跟踪盐酸吡哆醇(维生素B6)在微胶囊中的保持率。
将在50体积%的硬水浆液(含有192mg/L的NaHCO3、120ml/L的CaSO4.2H2O、120mg/L的MgSO4、8mg/L的KCl)中的洗涤过的微胶囊的200μl等分试样加入到800μl的硬水中(溶液A)。为了定量样品(即包封和未包封的)中的盐酸吡哆醇的总量,将溶液A的对照样品使用超声波匀化器(Bandelin,HD4200)以50%的振幅超声处理30秒,以便破碎所有的微胶囊。然后将样品以14000rpm离心15分钟,并且从上清液中取出200μl等分试样用于HPLC分析,以定量1ml样品中的盐酸吡哆醇的总量。
为了定量溶液A中的最初未包封的盐酸吡哆醇,从上清液中取200μl等分试样用于HPLC分析。然后可以通过从所测得的存在的盐酸吡哆醇的初始总量中减去所测得的未包封的盐酸吡哆醇的量来确定溶液A中的包封的盐酸吡哆醇的量。
为了定量微胶囊中的盐酸吡哆醇的保持率,将溶液A的1ml样品在20℃下温育10天,之后取200μl的上清液用于HPLC分析。这提供了从微胶囊中泄漏并且不再被包封的盐酸吡哆醇的测量结果。然后从初始总盐酸吡哆醇量中减去该值,得到在指定时间段后的包封量。然后这可以计算为最初包封的盐酸吡哆醇量的百分比。
HPLC定量确认了在10天后微胶囊内盐酸吡哆醇超过60%的保持率。结果在表1中示出。
表1
实施例4:蛋白质消化率测试
为了评估本发明的微胶囊的消化率,使植物基蛋白水凝胶外壳经历消化率测试。
·样品制备:
仅具有植物基蛋白水凝胶外壳的空微胶囊制备如下:
制备400ml的混合物,该混合物由在35%(v/v)乳酸中的12.5%(w/v)豌豆蛋白分离物组成。对混合物进行超声处理以破坏大胶体聚集体(Hielscher UIP500hdT(500W,20kHz)),之后获得透明溶液。在15分钟内施加的能量为100kJ。
在2l容器中将该溶液倒入1L的85℃ Miglyol 840油(具有2重量%PGPR)中,同时利用顶置式搅拌器将Miglyol在1100rpm搅拌。在以1100rpm搅拌1分钟后,将搅拌的速度降至500rpm,并且通过用冰水包围容器将混合物冷却至20℃。
在冷却后,停止搅拌,并且将混合物在3℃下储存18小时,以能够使通过乳化过程所形成的球团沉降。然后倒掉上清油。然后用一系列的水溶液洗涤球团:0.1M CaCl2加0.5重量%聚山梨酯80;0.1M CaCl2;0.1M柠檬酸钠和20mM柠檬酸钠缓冲液。洗涤步骤除去残余油并将pH升高至5.4。该过程得到平均直径为83微米的球团。
·测试方法和结果:
按照如在Animal Feed Science and Technology(动物饲料科技),51,pp.29-43(1995)中详述的Boisen方案来测量蛋白质消化率。所测得的Boisen蛋白质消化率为100.8±2.0%。对照样品(商业豌豆蛋白分离物ProEarth,来自Cambridge Commodities Ltd)的Boisen蛋白质消化率为99.7±2.0%。
因此,这些结果表明,本发明的微胶囊的植物基蛋白水凝胶外壳具有与纯豌豆蛋白质相当的消化率。因此,本发明的微胶囊在食品和饮料产品中具有有用的应用。
实施例5:生物降解性测试
为评估本发明的微胶囊的生物降解性,使植物基蛋白水凝胶外壳经历生物降解性测试。
·样品制备:
如实施例4中所述制备仅具有植物基蛋白水凝胶外壳的空微胶囊。在此制备之后,将微胶囊浆液倒入托盘中并在烘箱中在85℃下干燥3至4小时,直到干燥的材料达到0.5的水活度。
·测试方法:
然后使用纤维素作为参考标准,根据ISO-14851标准,使干燥的蛋白质微胶囊在淡水中经历水性有氧生物降解性测试。
·结果:
将基于O2消耗的生物降解量表示为生化需氧量(BOD,已针对对照进行过校正)与所用测试材料的理论需氧量(ThOD)的比率。
表2显示了参考测试和所测试微胶囊的ThOD(理论需氧量)、净O2消耗和生物降解百分比。图4中给出了两种不同材料的生物降解百分比(基于O2消耗)的演变的概述。没有进行针对由硝化作用的耗氧量的中间校正。
在28天后,如通过O2消耗测量的,参考样品纤维素达到82.4%的生物降解百分比。所测试微胶囊的生物降解进一步进行,其中已测得87.5%的绝对生物降解率。
表2
[AVG=平均生物降解,SD=标准偏差,REL=相对生物降解率]
基于CO2产生量的生物降解计算为已转化为CO2的测试材料的固体碳的百分比。
演变的CO2通过滴定法测定。表3显示了参考测试和所测试微胶囊的TOC(总有机碳含量)、净CO2产生量和生物降解百分比。图5中给出了两种不同材料的生物降解百分比(基于CO2产生量)的演变的概述。
在28天后,如通过CO2产生量测量的,参考样品纤维素已达到84.2%的生物降解百分比。所测试的微胶囊的生物降解以已测得的82.4%的平均绝对生物降解率进行。在相对基础上,与纤维素相比,对于所测试的微胶囊计算出98.0%的生物降解率。因此满足ISO-14851标准中规定的90%生物降解性要求。
表3.
[AVG=平均值,SD=标准偏差,REL=相对生物降解率]
这些结果表明,本发明的微胶囊的植物基蛋白水凝胶外壳易于达到如由ISO-14851所规定的对于微塑料在淡水条件下的生物降解性要求。因此,本发明的微胶囊代表了环境友好的包封技术,其特别适用于家庭护理和个人护理应用,因为如果微胶囊最终会进入水道/海洋,则它们将在短时间量内完全生物降解。
·胶囊外壳FTIR分析:
对干燥的空微胶囊也进行了结构分析。结构分析使用FTIR-Equinox 55光谱仪(Bruker)进行。样品在未经进一步预处理下使用并且加载到FTIR支架中。从原始FTIR光谱中减去大气补偿光谱,并应用二阶导数进行进一步分析。每个FTIR测量重复3次。仪器的灵敏度检测为5%。为了解决豌豆蛋白分离物的天然结构向超分子聚集体的转变,跟踪了与蛋白质二级结构严格相关的酰胺I中的振动变化。
结果在图6中显示。胶囊外壳的FTIR分析显示出46%的分子间β-折叠。这种高水平的β-折叠意味着外壳在高温下将是稳定的,从而能够实现保护包封在其内的任何维生素在加工成成品期间免于降解,特别是在需要高温加工的情况(例如巴氏杀菌)下。
条款
1.一种微胶囊,其包括:
(a)包含水溶性成分的亲水相;
(b)亲脂相;和
(c)植物基蛋白水凝胶外壳。
2.根据条款1所述的微胶囊,其中所述亲水相包含水。
3.根据条款1或条款2所述的微胶囊,其中所述水溶性成分选自以下各项中的一项或多项:维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B6、维生素B7、维生素B9、维生素B12、维生素C、泛醇、α-羟基酸、水溶性矿物盐、水溶性植物提取物和酵母、酶、抗生素、寡肽、蛋白质和蛋白质水解物。
4.根据条款1至3中任一个所述的微胶囊,其中所述亲脂相包含油。
5.根据条款1至4中任一个所述的微胶囊,其中所述亲脂相还包含油溶性表面活性剂。
6.根据条款5所述的微胶囊,其中所述油溶性表面活性剂选自蔗糖脂肪酸酯如蔗糖硬脂酸酯、蔗糖棕榈酸酯、蔗糖油酸酯、蔗糖月桂酸酯、蔗糖山萮酸酯和蔗糖芥酸酯;脱水山梨糖醇脂肪酸酯,比如脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇三硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单油酸酯、脱水山梨糖醇三油酸酯和脱水山梨糖醇倍半油酸酯;甘油脂肪酸酯,比如甘油单硬脂酸酯和甘油单油酸酯;以及聚甘油脂肪酸酯,比如二甘油四异硬脂酸酯、二甘油二异硬脂酸酯和二甘油单异硬脂酸酯。
7.根据条款5或条款6所述的微胶囊,其中所述亲脂相中的所述油溶性表面活性剂的浓度在0.01%w/w至10%w/w的范围内。
8.根据条款1至7中任一个所述的微胶囊,其中所述亲脂相还包含油溶性成分。
9.根据条款8所述的微胶囊,其中所述油溶性成分选自以下各项中的一项或多项:脂肪酸;甘油三酯或其混合物;ω-3脂肪酸,如a-亚麻酸(18:3n3)、十八碳四烯酸(18:4n3)、二十碳五烯酸(20:5n3)(EPA)和二十二碳六烯酸(22:6n3)(DHA),以及它们的衍生物和它们的混合物;脂溶性维生素,如维生素A、维生素D、维生素E和维生素K;抗氧化剂,如生育酚和抗坏血酸衍生物;类视黄醇或视黄醇;精油;生物类黄酮、萜类化合物;生物类黄酮和萜类化合物的合成物等。
10.根据条款1至9中任一个所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳中的一种或多种植物基蛋白质获自大豆、豌豆、稻米、马铃薯、小麦、玉米醇溶蛋白或高粱;优选地所述一种或多种植物蛋白选自大豆蛋白、豌豆蛋白、马铃薯蛋白、油菜籽蛋白和/或稻米蛋白。
11.根据条款1至10中任一个所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳是自组装的植物基蛋白水凝胶外壳。
12.根据条款1至11中任一个所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包含具有蛋白质二级结构的植物基蛋白质,所述蛋白质二级结构具有至少40%的分子间β-折叠、至少50%的分子间β-折叠、至少60%的分子间β-折叠、至少70%的分子间β-折叠、至少80%的分子间β-折叠或至少90%的分子间β-折叠。
13.根据条款1至12中任一个所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳在10rad/s下的储能模量(G’)为大于500Pa、大于1000Pa、大于2500Pa、大于3000Pa、大于4000Pa。
14.根据条款1至13中任一个所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包含蛋白质聚集体,所述聚集体的中位数平均长度为50至500nm或中值平均长度为50至500nm;或者80%的所述聚集体的平均长度为50至500nm;
和/或所述聚集体的中位数高度可以为5至50nm;或者所述聚集体的中值平均高度可以为5至50nm;或者80%的所述聚集体的平均高度为5至50nm;
优选地,所述聚集体的中位数平均长度为50至500nm和/或中位数平均高度为5至50nm。
15.根据条款1至14中任一个所述的微胶囊,其中所述亲水相分散在所述亲脂相中。
16.根据条款1至15中任一个所述的微胶囊,其中所述亲水相和所述亲脂相形成油包水型乳液。
17.根据条款1至15中任一个所述的微胶囊,其中所述亲水相和所述亲脂相由所述植物基蛋白水凝胶外壳包封。
18.根据条款16所述的微胶囊,其中所述油包水型乳液由所述植物基蛋白水凝胶外壳包封。
19.根据条款1至18中任一个所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳的厚度在10nm至50,000μm的范围内,优选地在10μm至100μm的范围内。
20.根据条款1至19中任一个所述的微胶囊,其中所述微胶囊在最大尺寸方面的尺寸为小于1mm,优选地小于900μm。
21.根据条款1至20中任一个所述的微胶囊,其中在向所述微胶囊施加压力时,所述微胶囊将所述水溶性成分和/或所述油溶性成分释放到表面。
22.根据条款21所述的微胶囊,其中所述表面是生物表面。
23.根据条款22所述的微胶囊,其中所述生物表面选自毛发、皮肤和牙齿。
24.根据条款21所述的微胶囊,其中所述表面是纺织品。
25.根据条款1至20中任一个所述的微胶囊,其中由于植物基蛋白水凝胶外壳的酶促降解,所述微胶囊释放所述水溶性成分和/或所述油溶性成分。
26.根据条款25所述的微胶囊,其中所述酶促降解在人类或动物的消化系统中发生。
27.一种组合物,其包含根据条款1至26中任一个所述的至少一个微胶囊以及外部相。
28.根据条款27所述的组合物,其中所述至少一个微胶囊分散在所述外部相中。
29.根据条款27或条款28所述的组合物,其中所述外部相是外部水相。
30.根据条款29所述的组合物,其中所述外部水相是盐的水溶液。
31.根据条款29或条款30所述的组合物,其中所述外部水相是连续的外部水相。
32.根据条款27或条款28所述的组合物,其中所述外部相是外部亲脂相。
33.一种用于制备根据条款1至26中任一个所述的微胶囊的方法,其包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相中进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于所述植物基蛋白质溶液的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)将所述双重乳液在第二亲脂相中进行再乳化,得到三重乳液;
(d)诱导所述溶液中的一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,所述微胶囊悬浮液在作为所述第二亲脂相的外部相中;和
(e)洗涤所述微胶囊以除去所述第二亲脂相。
34.根据条款33所述的方法,其中所述初级乳液的直径为小于或等于5μm。
35.根据条款33或条款34所述的方法,其中所述双重乳液的直径为小于或等于100μm。
36.根据条款33至35中任一个所述的方法,其中所述三重乳液的直径为小于或等于200μm。
37.根据条款33至36中任一个所述的方法,其中所述第一和第二亲脂相是相同的或不同的。
38.根据条款33至37中任一个所述的方法,其中所述第一和/或第二亲脂相还包含油溶性表面活性剂。
39.根据条款38所述的方法,其中所述第一和/或第二亲脂相中的油溶性表面活性剂是相同的或不同的。
40.根据条款33至39中任一个所述的方法,其中所述植物基蛋白质溶液包含在溶剂体系中的一种或多种植物基蛋白质,其中所述溶剂体系包含可混溶的共溶剂;其中第一共溶剂增加所述一种或多种植物基蛋白质的溶解度,并且第二共溶剂降低所述一种或多种植物基蛋白质的溶解度。
41.根据条款40所述的方法,其中所述第一共溶剂是有机酸;优选地乙酸和/或α-羟基酸;其中所述α-羟基酸可以优选地选自乙醇酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸和/或酒石酸;其中特别优选的有机酸是乙酸和/或乳酸。
42.根据条款40或41所述的方法,其中一种或多种所述第二共溶剂是水性缓冲液,优选地选自水、乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、甲酰胺、2-丙醇、1-丁醇、1-丙醇、己醇、叔丁醇、乙酸乙酯、六氟异丙醇,更优选地水和/或乙醇,特别优选地水。
43.根据条款40至42中任一个所述的方法,其中所述溶剂体系包含的共溶剂比率为约20-80%v/v,优选地约20-60%v/v、约25-55%v/v、约30-50%v/v、约20%、约30%、约40%约50%或约60%v/v,最优选地约30-50%v/v。
44.根据条款33至43中任一个所述的方法,其中在步骤(d)中将所述蛋白质溶液加热至高于所述一种或多种植物基蛋白质的溶胶-凝胶温度的第一温度,然后降低至低于所述一种或多种植物基蛋白质的溶胶-凝胶温度的第二温度以形成所述植物基蛋白水凝胶外壳。
45.根据条款33至44中任一个所述的方法,其中所述微胶囊是使用微流体装置形成的。
46.根据条款33至45中任一个所述的方法,所述方法还包括干燥所述微胶囊以形成干燥粉末。
47.根据条款46所述的方法,其中所述干燥选自喷雾干燥、流化床干燥和/或托盘干燥。
48.一种根据条款33至47中任一个所述的方法制备的微胶囊。
49.一种用于制备根据条款27至32中任一个所述的组合物的方法,其包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相中进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于所述植物基蛋白的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)将所述双重乳液在第二亲脂相中进行再乳化,得到三重乳液;
(d)诱导所述溶液中的一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,所述微胶囊悬浮在作为所述第二亲脂相的外部相中。
50.根据条款49所述的方法,其中所述初级乳液的直径为小于或等于5μm。
51.根据条款49或条款50所述的方法,其中所述双重乳液的直径为小于或等于100μm。
52.根据条款49至51中任一个所述的方法,其中所述三重乳液的直径为小于或等于200μm。
53.根据条款49至52中任一个所述的方法,其中所述第一和第二亲脂相是相同的或不同的。
54.根据条款49至53中任一个所述的方法,其中所述第一和/或第二亲脂相还包含油溶性表面活性剂。
55.根据条款54所述的方法,其中所述第一和/或第二亲脂相中的油溶性表面活性剂是相同的或不同的。
56.根据条款49至55中任一个所述的方法,所述方法还包括:
(a)洗涤所述微胶囊以除去所述第二亲脂相;和
(b)将所述微胶囊重新悬浮在外部水相中。
57.根据条款56所述的方法,所述方法还包括向所述外部水相中添加悬浮剂。
58.根据条款57所述的方法,其中所述悬浮剂选自金合欢树胶、褐藻酸、果胶、黄原胶、结冷胶、卡波姆、糊精、明胶、瓜尔胶、氢化植物油类别1、硅酸铝镁、麦芽糊精、羧甲基纤维素、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮、海藻酸钠、淀粉、玉米醇溶蛋白、水不溶性交联聚合物如交联纤维素、交联淀粉、交联CMC、交联羧甲基淀粉、交联聚丙烯酸酯和交联聚乙烯基吡咯烷酮,以及膨胀粘土如膨润土和合成锂皂石。
59.根据条款49至58中任一个所述的方法,其中所述植物基蛋白质溶液包含在溶剂体系中的一种或多种植物基蛋白质,其中所述溶剂体系包含可混溶的共溶剂;其中第一共溶剂增加所述一种或多种植物基蛋白质的溶解度,并且所述第二共溶剂降低所述一种或多种植物基蛋白质的溶解度。
60.根据条款59所述的方法,其中所述第一共溶剂是有机酸;优选地乙酸和/或α-羟基酸;其中所述α-羟基酸可以优选地选自乙醇酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸和/或酒石酸;其中特别优选的有机酸是乙酸和/或乳酸。
61.根据条款59或条款60所述的方法,其中所述一种或多种第二共溶剂是水性缓冲液,优选地选自水、乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、甲酰胺、2-丙醇、1-丁醇、1-丙醇、己醇、叔丁醇、乙酸乙酯、六氟异丙醇,更优选水和/或乙醇,特别优选水。
62.根据条款59至61中任一个所述的方法,其中所述溶剂体系包含的共溶剂比率为约20-80%v/v,优选地约20-60%v/v、约25-55%v/v、约30-50%v/v、约20%、约30%、约40%、约50%或约60%v/v,最优选地约30-50%v/v。
63.根据条款49至62中任一个所述的方法,其中在步骤(d)中将所述蛋白质溶液加热至高于所述一种或多种植物基蛋白质的溶胶-凝胶温度的第一温度,然后降低至低于所述一种或多种植物基蛋白质的溶胶-凝胶温度的第二温度,以形成所述植物基蛋白水凝胶外壳。
64.根据条款49至63中任一个所述的方法,其中所述微胶囊是使用微流体装置形成的。
65.一种根据条款49至64中任一个所述的方法制备的组合物。
66.一种食品、饮料、化妆品、药物、医疗装置、生物材料或农用化学品,其结合了根据条款1至26中任一个所述的微胶囊或者根据条款27至32中任一个所述的组合物。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种微胶囊,所述微胶囊包括:
(a)包含水溶性成分的亲水相;
(b)亲脂相;和
(c)植物基蛋白水凝胶外壳。
2.根据权利要求1所述的微胶囊,其中所述亲水相包含水。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的微胶囊,其中所述水溶性成分选自以下各项中的一项或多项:维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B6、维生素B7、维生素B9、维生素B12、维生素C、泛醇、α-羟基酸、水溶性矿物盐、水溶性植物提取物和酵母、酶、抗生素、寡肽、蛋白质和蛋白质水解物。
4.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳中的一种或多种植物基蛋白质获自大豆、豌豆、稻米、马铃薯、小麦、玉米醇溶蛋白或高粱;优选地所述一种或多种植物蛋白选自大豆蛋白、豌豆蛋白、马铃薯蛋白、油菜籽蛋白和/或稻米蛋白。
5.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳是自组装的植物基蛋白水凝胶外壳。
6.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包含具有蛋白质二级结构的植物基蛋白质,所述蛋白质二级结构具有至少40%的分子间β-折叠、至少50%的分子间β-折叠、至少60%的分子间β-折叠、至少70%的分子间β-折叠、至少80%的分子间β-折叠或至少90%的分子间β-折叠;
和/或
其中所述植物基蛋白水凝胶外壳在10rad/s下的储能模量(G’)为大于500Pa、大于1000Pa、大于2500Pa、大于3000Pa、大于4000Pa。
7.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包含中位数平均长度为50至500nm或中值平均长度为50至500nm的蛋白质聚集体;或者80%的所述聚集体的平均长度为50至500nm;
和/或所述聚集体的中位数高度可以为5至50nm;或者所述聚集体的中值平均高度可以为5至50nm;或者80%的所述聚集体的平均高度为5至50nm;
优选地,所述聚集体的中位数平均长度为50至500nm和/或中位数平均高度为5至50nm。
8.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述亲水相分散在所述亲脂相中。
9.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述亲水相和所述亲脂相被所述植物基蛋白水凝胶外壳包封。
10.根据权利要求9所述的微胶囊,其中所述亲水相和所述亲脂相形成油包水型乳液。
11.根据权利要求10所述的微胶囊,所述微胶囊具有多核心形态。
12.根据权利要求10所述的微胶囊,所述微胶囊具有单核心形态。
13.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳的厚度在10nm至50,000μm的范围内,优选地在10μm至100μm的范围内。
14.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳的蛋白质含量为5至20g/100g。
15.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中根据Boisen方案测量的所述植物基蛋白水凝胶外壳的Boisen蛋白质消化率为80至100%。
16.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳在28天之后根据ISO-14851测量的基于O2消耗的生物降解百分比为70至100%。
17.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳在28天之后根据ISO-14851测量的基于CO2产生的生物降解百分比为70至100%。
18.根据权利要求1或2所述的微胶囊,其包封至少一种维生素或矿物质。
19.根据权利要求18所述的微胶囊,其中所述至少一种维生素或矿物质选自维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B6、维生素B7、维生素B9、维生素B12、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、镁、钠、钾、锌、铁、钙、碘和磷或其混合物。
20.根据权利要求18或19所述的微胶囊,其中在20℃的水中温育10天之后通过HPLC测定,至少25%,更优选地至少40%,甚至更优选地至少50%,甚至更优选地至少60%的初始包封的至少一种维生素或矿物质保持存在于所述微胶囊内。
21.一种组合物,所述组合物包含根据权利要求1至20中任一项所述的至少一个微胶囊和外部相。
22.根据权利要求21所述的组合物,其中所述至少一个微胶囊分散在所述外部相中。
23.一种用于制备根据权利要求1至20中任一项所述的微胶囊的方法,所述方法包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相中进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于所述植物基蛋白质溶液的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)将所述双重乳液在第二亲脂相中进行再乳化,得到三重乳液;
(d)诱导所述溶液中的所述一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,所述微胶囊悬浮在作为所述第二亲脂相的外部相中;和
(e)洗涤所述微胶囊以除去所述第二亲脂相。
24.根据权利要求23所述的方法,其中所述植物基蛋白质溶液包含在溶剂体系中的一种或多种植物基蛋白质,其中所述溶剂体系包含可混溶的共溶剂;其中第一共溶剂增加所述一种或多种植物基蛋白质的溶解度,并且第二共溶剂降低所述一种或多种植物基蛋白质的溶解度。
25.根据权利要求24所述的方法,其中所述第一共溶剂是有机酸;优选乙酸和/或α-羟基酸;其中所述α-羟基酸可以优选地选自乙醇酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸和/或酒石酸;其中特别优选的有机酸是乙酸和/或乳酸。
26.根据权利要求24或25所述的方法,其中一种或多种所述第二共溶剂是水性缓冲液,优选地选自水、乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、甲酰胺、2-丙醇、1-丁醇、1-丙醇、己醇、叔丁醇、乙酸乙酯、六氟异丙醇,更优选地水和/或乙醇,特别优选地水。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法,其中在步骤(d)中将所述蛋白质溶液加热至高于所述一种或多种植物基蛋白质的溶胶-凝胶温度的第一温度,然后降低至低于所述一种或多种植物基蛋白质的溶胶-凝胶温度的第二温度,以形成所述植物基蛋白水凝胶外壳。
28.一种根据权利要求23至27中任一项所述的方法,所述方法还包括干燥所述微胶囊以形成干燥粉末。
29.一种根据权利要求23至28中任一项所述的方法制备的微胶囊。
30.一种用于制备根据权利要求21或22所述的组合物的方法,所述方法包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相中进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于所述的植物基蛋白的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)将所述双重乳液在第二亲脂相中进行再乳化,得到三重乳液;
(d)诱导所述溶液中的一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,所述微胶囊悬浮在作为所述第二亲脂相的外部相中。
31.根据权利要求30所述的方法,所述方法还包括:
(a)洗涤所述微胶囊以除去所述第二亲脂相;和
(b)将所述微胶囊重新悬浮液在外部水相中。
32.根据权利要求31所述的方法,所述方法还包括向所述外部水相中添加悬浮剂。
33.根据权利要求32所述的方法,其中所述悬浮剂选自金合欢树胶、褐藻酸、果胶、黄原胶、结冷胶、卡波姆、糊精、明胶、瓜尔胶、氢化植物油类别1、硅酸铝镁、麦芽糊精、羧甲基纤维素、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮、海藻酸钠、淀粉、玉米醇溶蛋白、水不溶性交联聚合物如交联纤维素、交联淀粉、交联CMC、交联羧甲基淀粉、交联聚丙烯酸酯和交联聚乙烯基吡咯烷酮以及膨胀粘土如膨润土和合成锂皂石。
34.一种根据权利要求30至33中任一项所述的方法制备的组合物。
35.一种食品、饮料、化妆品、家庭护理产品、个人护理产品、药物、医疗器械、生物材料或农用化学品,其结合了根据权利要求1至20中任一项所述的微胶囊或者根据权利要求21或22中任一项所述的组合物。
36.根据权利要求1至20中任一项所述的微胶囊或者根据权利要求21或22中任一项所述的组合物用于生产食品、饮料、化妆品、家庭护理产品、个人护理产品、药物、医疗器械、生物材料或农用化学品的用途。
Claims (35)
1.一种微胶囊,所述微胶囊包括:
(a)包含水溶性成分的亲水相;
(b)亲脂相;和
(c)植物基蛋白水凝胶外壳。
2.根据权利要求1所述的微胶囊,其中所述亲水相包含水。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的微胶囊,其中所述水溶性成分选自以下各项中的一项或多项:维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B6、维生素B7、维生素B9、维生素B12、维生素C、泛醇、α-羟基酸、水溶性矿物盐、水溶性植物提取物和酵母、酶、抗生素、寡肽、蛋白质和蛋白质水解物。
4.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳中的一种或多种植物基蛋白质获自大豆、豌豆、稻米、马铃薯、小麦、玉米醇溶蛋白或高粱;优选地所述一种或多种植物蛋白选自大豆蛋白、豌豆蛋白、马铃薯蛋白、油菜籽蛋白和/或稻米蛋白。
5.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳是自组装的植物基蛋白水凝胶外壳。
6.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包含具有蛋白质二级结构的植物基蛋白质,所述蛋白质二级结构具有至少40%的分子间β-折叠、至少50%的分子间β-折叠、至少60%的分子间β-折叠、至少70%的分子间β-折叠、至少80%的分子间β-折叠或至少90%的分子间β-折叠;
和/或
其中所述植物基蛋白水凝胶外壳在10rad/s下的储能模量(G’)为大于500Pa、大于1000Pa、大于2500Pa、大于3000Pa、大于4000Pa。
7.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包含中位数平均长度为50至500nm或中值平均长度为50至500nm的蛋白质聚集体;或者80%的所述聚集体的平均长度为50至500nm;
和/或所述聚集体的中位数高度可以为5至50nm;或者所述聚集体的中值平均高度可以为5至50nm;或者80%的所述聚集体的平均高度为5至50nm;
优选地,所述聚集体的中位数平均长度为50至500nm和/或中位数平均高度为5至50nm。
8.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述亲水相分散在所述亲脂相中。
9.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述亲水相和所述亲脂相被所述植物基蛋白水凝胶外壳包封。
10.根据权利要求9所述的微胶囊,其中所述亲水相和所述亲脂相形成油包水型乳液。
11.根据权利要求10所述的微胶囊,所述微胶囊具有多核心形态。
12.根据权利要求10所述的微胶囊,所述微胶囊具有单核心形态。
13.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳的厚度在10nm至50,000μm的范围内,优选地在10μm至100μm的范围内。
14.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳的蛋白质含量为5至20g/100g。
15.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中根据Boisen方案测量的所述植物基蛋白水凝胶外壳的Boisen蛋白质消化率为80至100%。
16.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳在28天之后根据ISO-14851测量的基于O2消耗的生物降解百分比为70至100%。
17.根据任一前述权利要求所述的微胶囊,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳在28天之后根据ISO-14851测量的基于CO2产生的生物降解百分比为70至100%。
18.根据权利要求1或2所述的微胶囊,其包封至少一种维生素或矿物质。
19.根据权利要求18所述的微胶囊,其中所述至少一种维生素或矿物质选自维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B6、维生素B7、维生素B9、维生素B12、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、镁、钠、钾、锌、铁、钙、碘和磷或其混合物。
20.根据权利要求18或19所述的微胶囊,其中在20℃的水中温育10天之后通过HPLC测定,至少25%,更优选地至少40%,甚至更优选地至少50%,甚至更优选地至少60%的初始包封的至少一种维生素或矿物质保持存在于所述微胶囊内。
21.一种组合物,所述组合物包含根据权利要求1至20中任一项所述的至少一个微胶囊和外部相。
22.根据权利要求21所述的组合物,其中所述至少一个微胶囊分散在所述外部相中。
23.一种用于制备根据任一前述权利要求所述的微胶囊的方法,所述方法包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相中进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于所述植物基蛋白质溶液的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)将所述双重乳液在第二亲脂相中进行再乳化,得到三重乳液;
(d)诱导所述溶液中的所述一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,所述微胶囊悬浮在作为所述第二亲脂相的外部相中;和
(e)洗涤所述微胶囊以除去所述第二亲脂相。
24.根据权利要求23所述的方法,其中所述植物基蛋白质溶液包含在溶剂体系中的一种或多种植物基蛋白质,其中所述溶剂体系包含可混溶的共溶剂;其中第一共溶剂增加所述一种或多种植物基蛋白质的溶解度,并且第二共溶剂降低所述一种或多种植物基蛋白质的溶解度。
25.根据权利要求24所述的方法,其中所述第一共溶剂是有机酸;优选乙酸和/或α-羟基酸;其中所述α-羟基酸可以优选地选自乙醇酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸和/或酒石酸;其中特别优选的有机酸是乙酸和/或乳酸。
26.根据权利要求24或25所述的方法,其中一种或多种所述第二共溶剂是水性缓冲液,优选地选自水、乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、甲酰胺、2-丙醇、1-丁醇、1-丙醇、己醇、叔丁醇、乙酸乙酯、六氟异丙醇,更优选地水和/或乙醇,特别优选地水。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法,其中在步骤(d)中将所述蛋白质溶液加热至高于所述一种或多种植物基蛋白质的溶胶-凝胶温度的第一温度,然后降低至低于所述一种或多种植物基蛋白质的溶胶-凝胶温度的第二温度,以形成所述植物基蛋白水凝胶外壳。
28.一种根据权利要求23至27中任一项所述的方法制备的微胶囊。
29.一种用于制备根据权利要求21或22所述的组合物的方法,所述方法包括:
(a)将包含水溶性成分的亲水相在第一亲脂相中进行乳化,得到初级乳液;
(b)将所述初级乳液在包含一种或多种植物基蛋白质的植物基蛋白质溶液中进行再乳化,其中所述植物基蛋白质溶液处于高于所述的植物基蛋白的溶胶-凝胶转变温度的温度,得到双重乳液;
(c)将所述双重乳液在第二亲脂相中进行再乳化,得到三重乳液;
(d)诱导所述溶液中的一种或多种植物基蛋白质经历溶胶-凝胶转变以形成植物基蛋白水凝胶外壳,其中所述植物基蛋白水凝胶外壳包封所述初级乳液以形成微胶囊,所述微胶囊悬浮在作为所述第二亲脂相的外部相中。
30.根据权利要求29所述的方法,所述方法还包括:
(a)洗涤所述微胶囊以除去所述第二亲脂相;和
(b)将所述微胶囊重新悬浮液在外部水相中。
31.根据权利要求30所述的方法,所述方法还包括向所述外部水相中添加悬浮剂。
32.根据权利要求31所述的方法,其中所述悬浮剂选自金合欢树胶、褐藻酸、果胶、黄原胶、结冷胶、卡波姆、糊精、明胶、瓜尔胶、氢化植物油类别1、硅酸铝镁、麦芽糊精、羧甲基纤维素、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮、海藻酸钠、淀粉、玉米醇溶蛋白、水不溶性交联聚合物如交联纤维素、交联淀粉、交联CMC、交联羧甲基淀粉、交联聚丙烯酸酯和交联聚乙烯基吡咯烷酮以及膨胀粘土如膨润土和合成锂皂石。
33.一种根据权利要求29至32中任一项所述的方法制备的组合物。
34.一种食品、饮料、化妆品、家庭护理产品、个人护理产品、药物、医疗器械、生物材料或农用化学品,其结合了根据权利要求1至20中任一项所述的微胶囊或者根据权利要求21或22中任一项所述的组合物。
35.根据权利要求1至20中任一项所述的微胶囊或者根据权利要求21或22中任一项所述的组合物用于生产食品、饮料、化妆品、家庭护理产品、个人护理产品、药物、医疗器械、生物材料或农用化学品的用途。
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