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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Cyclodextrinkomplexen von Wirkstoffen, wie Aromen oder Geschmäckern, Düften, Arzneimitteln
oder pharmazeutischen Mitteln oder Pharmazeutika und dergleichen,
wobei ein höherer
Prozentsatz an Wirkstoff komplexiert wird mit dem Cyclodextrin verglichen
mit herkömmlichen
Verfahren zur Herstellung von Cyclodextrinkomplexen. Die vorliegende
Erfindung betrifft auch die neuen Cyclodextrineinschlusskomplexe,
die durch das Verfahren hergestellt werden können.
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HINTERGRUND
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Cyclodextrinkomplexe
sind besonders wünschenswert,
wenn der Wirkstoff ein Aroma- oder Geschmacksmaterial ist. Durch
Komplexierung des Aromamaterials mit einem Cyclodextrin wird das
Aromamaterial geschützt
vor einem Abbau als Ergebnis von Reaktionen, die induziert werden
durch Wärme,
Licht und/oder eine Reaktion mit Sauerstoff oder anderen Verbindungen.
Z.B. ist γ-Terpinen
ein reaktives Terpen, das wichtig ist in Mandarinenaromen. γ-Terpinen
wird jedoch leicht oxidiert zu p-Cymol, das eine unangenehme Kerosinnote
aufweist. Durch Komplexieren des γ-Terpinens
mit Cyclodextrin wird die Verbindung geschützt vor den schädlichen
Wirkungen von Sauerstoff und stellt ein Aroma oder einen Geschmack
bereit, das/der stabil ist über
einen viel längeren
Zeitraum.
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Ein
Komplexieren des Aromamaterials mit einem Cyclodextrin verringert
auch einen Verlust des Aromamaterials durch Verflüchtigung
und/oder Sublimation. Diacetyl ist z.B. eine flüchtige Verbindung, die ein
Butteraroma oder einen Buttergeschmack aufweist. Aufgrund ihrer
Flüchtigkeit
geht das Butter aroma oder der Buttergeschmack leicht verloren, wenn
Nahrungsprodukte oder Nahrungsmittelerzeugnisse, die Diacetyl enthalten,
erwärmt
werden. Ein Komplexieren des Diacetyls mit Cyclodextrin führt jedoch
zu weniger Butteraroma oder weniger Buttergeschmack, das/der verloren
geht, wenn das Nahrungsprodukt in einer Mikrowelle gekocht wird.
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Außerdem stellen
Cyclodextrinkomplexe stabile, standardisierte Pulver bereit, die
die Wirkstoffe enthalten, die leicht zu verwenden sind. Indem sie
ein Pulver sind, sind die Cyclodextrinkomplexe leicht zu messen,
zu handhaben und zu lagern. Die erhöhte Stabilität des Aromas
oder Geschmacks, wenn es oder er komplexiert ist mit Cyclodextrin,
stellt ein Aromamaterial oder Geschmacksmaterial bereit, das länger gelagert
werden kann. Als Ergebnis der verbesserten Stabilität sind die
Messmengen des Aromas oder des Geschmacks präziser, da der Aromagehalt oder
der Geschmacksgehalt konstanter über
den Zeitablauf bestehen bleibt. Die längeren Lagerungszeiten, eine
einfache Handhabung und eine Einfachheit in der Verwendung reduzieren
allesamt die Kosten und sind daher kommerziell wichtig in der Nahrungs-
oder Nahrungsmittelindustrie. Ein weiterer ökonomischer Nutzen der Verwendung
von Cyclodextrinkomplexen ist der, dass weniger Cyclodextrinkomplex
benötigt
wird, um Nahrung zu aromatisieren, im Vergleich zu einem natürlichen
Gewürz
oder Aroma.
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Ein
noch weiterer Vorteil von Cyclodextrinkomplexen ist, dass der natürliche Materialgehalt
von einigen Aromen oder Geschmäckern
reduziert werden kann durch Komplexierung der Aromabestandteile/des Aromabestandteils
mit Cyclodextrin und daher das Risiko von allergischen Reaktionen
minimiert wird und das Risiko einer mikrobiellen Kontamination verringert
wird.
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Der
Gehalt des Aromas oder Geschmacks in herkömmlichen Cyclodextrinkomplexen
liegt typischerweise in Bereichen von etwa 5 bis 15% und noch öfter im
Bereich von 7 bis 10%. Aromen oder Geschmäcker bestehen typischerweise
aus mehr als einem Bestandteil, und während es möglich ist, alle Bestandteile
der Aroma- oder Geschmackszusammensetzung mit einem Cyclodextrin
zu komplexieren, werden in der Regel nur die anfälligeren oder angreifbareren
oder gefährdeteren
Bestandteile der Aroma- oder
Gemschmackszusammensetzung komplexiert. Spezielle Aromen oder Geschmäcker und/oder
Aroma- oder Geschmacksverstärker
schließen
z.B. solche ein, die offenbart sind in den US-Patenten
US 4 348 416 A und
US 5 571 782 A .
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Spezielle
Beispiele von Aromen oder Geschmäckern,
die komplexiert sind mit Cyclodextrin, schließen ein: das US-Patent
US 4 560 571 A von
Sato et al., das ein Instant-Getränk oder Sofortgetränk offenbart,
in dem lösliche
Aromen oder Geschmäcker
und aromatische Bestandteile, die in gerösteten Kaffeebohnen, gerösteten Bohnen
oder geröstetem
Getreide vorliegen, komplexiert sind mit Cyclodextrinen; das US-Patent
US 4 529 608 A von
Szejtli et al., das ein Verfahren offenbart zur Herstellung von
Honigpulver, das die Aroma- oder Geschmackssubstanz des Honigs haltbar
macht oder konserviert durch Komplexieren der Aroma- oder Geschmacksbestandteile
mit Cyclodextrin; das US-Patent
US 3 061 444 A von Rogers et al., das ein
Komplexieren von Fleisch- und Gemüsearomen oder -geschmäckern mit
Cyclodextrin offenbart; das US-Patent
US 4 001 438 A von Marmo et al., das Pfefferminzcyclodextrinkomplexe
offenbart zur Aromatisierung von Kaugummi; das US-Patent
US 3 140 184 A von
Robbins et al., das Acetaldehyd-/Diethylacetatcyclodextrinkomplexe
offenbart; und
FR 2
665 613 A , das ein Komplexieren von Weinaromen mit einem
Gemisch von Cyclodextrin und Maltodextrin offenbart.
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Ein
Komplexieren des Aromas mit Cyclodextrin beeinflusst das Aroma,
die Textur oder das Aussehen des Nahrungsmittels oder der Nahrung
nicht nachteilig. Vielmehr kann in einigen Fällen die Nahrungstextur tatsächlich verbessert
werden durch Komplexieren des Aromas mit einem Cyclodextrin. Z.B.
können
Suppen und Getränke
oder Drinks, die aus Gemischen hergestellt sind, vorteilhaft verdickt
werden, wenn das Aroma mit einem Cyclodextrin komplexiert ist.
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Cyclodextrine
werden erhalten durch die Wirkung von dem Enzym Cycloglycosyltransferase
auf Stärken.
In verdünnten
wässrigen
Lösungen
bindet das Enzym die natürlich
auftretenden Helices in Stärke,
um dreidimensionale Polyglucoseringe oder -kronen zu bilden. Cyclodextrine
sind Polyglucoseringe, die angelegt sind mit 6, 7 oder 8 Glucoseeinheiten
und als α-, β- bzw. γ-Cyclodextrine
bezeichnet werden. Der äußere Teil der
kronenartigen oder kronenähnlichen
Struktur besteht aus primären
und sekundären
Hydroxylgruppen und ist hydrophil. Der innere Teil der Krone besteht
hauptsächlich
aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen und Etherbindungen und bildet
eine hydrophobe Kavität.
Diese makrocyclische Struktur mit einem hydrophilen Äußeren und
einem hydrophoben Inneren ermöglicht,
dass das Cyclodextrinmolekül
Einschlusskomplexe bildet mit einer großen Vielzahl von chemisch verschiedenen
Verbindungen, die hierin als Wirkstoffe bezeichnet werden. Die Cyclodextrine
verhalten sich wie ein „Wirt", der das Wirkstoff-
oder „Gast"-Molekül beherbergen
oder unterbringen oder aufnehmen und freisetzen kann.
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Eine
Vielzahl von Verfahren sind bekannt, um Cyclodextrinkomplexe zu
bilden. Alle diese Verfahren schließen ein Kontaktieren des Wirkstoffs
mit dem Cyclodextrin ein, um den Komplex zu bilden. Typischerweise
wird eine warme wässrige
Lösung
des Cyclodextrinmoleküls
gemischt mit dem Wirkstoff über
einen ausreichenden Zeitraum, um den Komplex zu bilden, gefolgt
von einer Entfernung des wässrigen
Lösemittels.
Bei einer weiteren Ausführungsform
oder alternativ kann die Komplexierung stattfinden in einem organischen
Lösemittel
oder einem wässrigen
Lösemittel,
das ein organisches Colösemittel
oder Cosolvens enthält.
Repräsentative
oder stellvertretende organische Lösemittel schließen Ethanol,
Isopropanol, Aceton und Ethylacetat ein. In einem anderen Verfahren
wird der Wirkstoff kombiniert mit einer geringen Menge an Lösemittel,
um eine Paste zu bilden, und das Cyclodextrin und die Paste werden
miteinander geknetet, um den Komplex zu bilden, gefolgt von einem
Trocknen des erhaltenen Komplexes. Dieses Verfahren wird üblicherweise
verwendet, wenn ein großes
Verhältnis
von Wirkstoff zu Cyclodextrin benötigt wird. Sobald der Cyclodextrinkomplex
gebildet ist, sind eine Vielzahl von Verfahren verfügbar, um
ihn zu trocknen. Typischerweise wird der Komplex filtriert, um das
Lösemittel
zu entfernen, und luftgetrocknet, in einem Vakuumofen getrocknet
oder gefriergetrocknet. Der Komplex kann auch durch Sprühtrocknung
isoliert werden.
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Alle
Verfahren zur Bildung von Cyclodextrinkomplexen umfassen oder schließen ein
Gleichgewicht ein zwischen dem Wirkstoff, der mit dem Cyclodextrin
komplexiert ist, das heißt
dem Komplex, und dem freien Wirkstoff, das heißt dem Wirkstoff, der nicht
mit dem Cyclodextrin komplexiert ist. Daher liegt immer eine spezielle
Menge oder spezifische Menge an freiem Wirkstoff vor. Wenn der Komplex
isoliert wird, geht jeder freie Wirkstoff verloren während der
Filter- und/oder Trocknungsstufen, und daher ist die Wirksamkeit
des Verfahrens viel niedriger als 100%. Die Wirksamkeit oder Leistungsfähigkeit
oder Effizienz des Verfahrens wird gemessen als prozentuelle Ausbeute
zur Einverleibung des Wirkstoffs, das heißt der Menge an Wirkstoff,
die wiedergewonnen wird als Cyclodextrinkomplex geteilt durch die
Ausgangsmenge des Wirkstoffs. Die Wirksamkeit liegt z.B. in der
Regel bei nur etwa 30%, wenn Cyclodextrinkomplexe wiedergewonnen
werden durch Sprühtrocknung.
Wenn Cyclodextrinkomplexe sprühgetrocknet
werden, können
daher im Wesentlichen mehr als 50% des Wirkstoffs verloren gehen
während
der Trocknungsstufe. Dieser Verlust an Wirkstoff erhöht die Kosten
des Endprodukts und ist besonders problematisch bei teueren Wirkstoffen.
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Außerdem haben
der Aufwand oder die Kosten von Cyclodextrinen und daher die Kosten
der erhaltenen Cyclodextrinkomplexe ihre kommerzielle Verwendung
beschränkt.
Als Ergebnis war ihre kommerzielle Verwendung begrenzt, obwohl Cyclodextrinkomplexe
von verschiedenen Wirkstoffen offenbart und im Stand der Technik
gezeigt worden sind. Daher bleibt ein Bedarf bestehen, die Kosten
bei der Herstellung von Cyclodextrinkomplexen zu reduzieren, sodass
sie kommerziell wertvoll sein können.
Die vorliegende Erfindung erfüllt
diesen Bedarf.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft neue höher beladene Cyclodextrineinschlusskomplexe,
die einen oder mehrere Wirkstoff(e) enthalten und ein Verfahren
zur Herstellung solcher Komplexe. Das Verfahren umfasst die Stufen
eines Lösens
von Cyclodextrin in einem Lösemittel
in einem Reaktionsgefäß, um eine
erste Lösung
zu bilden, ein Zugeben des einen Wirkstoffs oder der mehreren Wirkstoffe
zu dieser ersten Lösung
unter Rühren,
um eine zweite Lösung
des einen Wirkstoffs oder der mehreren Wirkstoffe und Cyclodextrin
zu bilden, ein Rühren
der zweiten Lösung über einen
ausreichenden Zeitraum und bei einer ausreichenden Temperatur, um
Einschlusskomplexe zwischen dem Cyclodextrin und dem einen oder
den mehreren Wirkstoff(en) zu bilden, ein Zugeben eines den Feststoffgehalt
erhöhenden
Mittels zu der zweiten Lösung,
um den Feststoffgehalt der zweiten Lösung zu erhöhen und um eine dritte Lösung zu
bilden, wobei das den Feststoffgehalt erhöhende Mittel ausgewählt wird
aus mindestens einem Akaziengummi, Maltodextrin, modifizierter Stärke oder Gemischen
davon; und ein Trocknen der dritten Lösung, um den Cyclodextrineinschlusskomplex
als trockenes Pulver zu bilden.
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Die
Konzentration von Cyclodextrin in der zweiten Lösung kann zwischen etwa 5 und
40% liegen, und das Verhältnis
von Wirkstoff zu Cyclodextrin kann zwischen etwa 0,001:1 und 100:1
liegen. Die Temperatur der zweiten Lösung kann zwischen etwa 4°C und 75°C betragen.
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In
einer Ausführungsform
des Verfahrens wird das Reaktionsgefäß verschlossen oder versiegelt,
und der Wirkstoff wird zugegeben ohne Öffnen des Reaktionsgefäßes. Das
Reaktionsgefäß kann auch
unter Druck gesetzt werden. Das Reaktionsgefäß kann unter Druck gesetzt
werden bis zu einem Wert von etwa Atmosphärendruck bis etwa 6,895 MPa
(1000 psi).
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens wird die zweite Lösung
bei einer ersten Temperatur über
eine erste Länge
eines Zeitraum gerührt,
die Temperatur der zweiten Lösung
wird dann stufenweise gesenkt auf eine oder mehrere nachfolgende
Temperaturen, und die gesenkte Temperatur der zweiten Lösung wird
beibehalten, während
die zweite Lösung
gerührt
wird.
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Das
den Feststoffgehalt erhöhende
Mittel steht für
mindestens eines von Akaziengummi, Maltodextrin oder modifizierte
Stärke
und kann zugegeben werden, um den Feststoffgehalt der zweiten Lösung auf
etwa 30 bis 55 Gew.-% der Lösung
zu erhöhen.
Der Feststoffgehalt der zweiten Lösung kann geeigneterweise erhöht werden
durch Zugabe von Akaziengummi in einer Menge von etwa 5 bis 20 Gew.-%
der Lösung,
und der verbleibende Feststoffgehalt kann erhöht werden durch Zugabe von
etwa 40 bis 60 Gew.-% der Lösung
von Maltodextrin, das ein Dextroseäquivalent von zwischen etwa
5 und 10 aufweist.
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Der
Wirkstoff kann ein oder mehrere Arzneimittel oder pharmazeutische
Mittel, Düfte
oder Parfüms oder
Aroma- oder Geschmacksbestandteile sein. Vorzugsweise kann der Aroma-
oder Geschmacksbestandteil Dimethylsulfid, Methylmercaptan, Acetaldehyd,
2-Methyl-3-furanthiol, Diacetyl, Aromen oder Geschmäcker, die
durch thermische Zersetzung hergestellt werden, oder Gemische davon
sein.
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Die
Erfindung betrifft auch Cyclodextrineinschlusskomplexe, die hergestellt
sind gemäß dem Verfahren
der Erfindung. Der Cyclodextrineinschlusskomplex kann zwischen etwa
1 und 20 Gew.-% des Komplexes enthalten und beträgt geeigneterweise etwa 15
Gew.-% des Komplexes. Wie oben angegeben, kann der Wirkstoff in
dem Cyclodextrineinschlusskomplex für ein oder mehrere Aromen oder
Geschmäcker,
Düfte oder
Parfüms
oder Arzneimittel oder pharmazeutische Mittel stehen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Bevorzugte
Merkmale der Erfindung können
verstanden werden aus einem Überblick über die
folgende detaillierte Beschreibung und die Figuren, worin:
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1 eine
schematische Zeichnung eines Reaktionsgefäßes ist zur Herstellung von
Cyclodextrinkomplexen gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Grafik ist, die die Wirksamkeit des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung zur Komplexierung von Tomatenaroma mit Cyclodextrinen
mit der Wirksamkeit von mehreren anderen Verfahren der Komplexierung
oder Verkapselung von Tomatenaromen vergleicht;
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3 eine
Grafik ist, die die Ergebnisse darstellt eines technischen Testgremiums,
das die Qualität von
Tomaten-, Hühner-
und Shrimparomen oder -geschmäckern,
die komplexiert sind mit Cyclodextrin gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung, mit solchen Aromen vergleicht, die eingeschlossen sind
durch herkömmliches
Sprühtrocknen;
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4 eine
Grafik ist, die die Ergebnisse zeigt eines technischen Testgremiums,
das die Qualität
von Tomatenaroma, das mit Cyclodextrin gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung komplexiert ist, vergleicht mit Tomatenaroma, das verkapselt
ist durch herkömmliches
Sprühtrocknen,
als Funktion der Zeit;
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5 eine
Grafik ist, die die Ergebnisse zeigt eines technischen Testgremiums,
das die Qualität
von Hühnerfleischgeschmack,
das mit Cyclodextrin gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung komplexiert ist, vergleicht mit Hühnerfleischgeschmack,
der verkapselt ist durch herkömmliches
Sprühtrocknen,
als Funktion der Zeit;
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6 eine
Grafik ist, die die Ergebnisse zeigt eines technischen Testgremiums,
das die Qualität
von Shrimpgeschmack, das mit Cyclodextrin gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung komplexiert ist, vergleicht mit Shrimpgeschmack, das verkapselt
ist durch herkömmliches
Sprühtrocknen,
als Funktion der Zeit; und
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7 eine
Grafik ist, die einen Vergleich der Stabilität von Tomaten-, Hühner- und
Shrimparomen oder -geschmäckern,
die mit Cyclodextrin gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung komplexiert sind, mit solchen Aromen
oder Geschmäckern,
die nach herkömmlichem
Sprühtrocknen
nach einer Lagerung bei 25°C oder
40°C und
einer relativen Feuchtigkeit von 53% verkapselt sind, zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren gerichtet zur Komplexierung
von Wirkstoffen mit Cyclodextrinen. Das Verfahren der vorliegenden
Erfindung erhöht
die Wirksamkeit oder Leistungsfähigkeit
der Komplexierung, sodass ein höherer
Prozentsatz des Wirkstoffs wieder gewonnen wird als ein Cyclodextrineinschlusskomplex.
Die Erfindung ist auch gerichtet auf das Produkt, das hergestellt
wird durch das Komplexierungsverfahren.
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Ein
beliebiger Wirkstoff kann komplexiert werden mit Cyclodextrin gemäß der Erfindung,
der Aromen oder Geschmäcker,
Düfte,
Parfüms
und Arzneimittel oder pharmazeutische Mittel einschließt, aber
nicht darauf beschränkt
ist. Das Verfahren ist besonders geeignet in Verbindung mit den
Wirkstoffen, die Aromen oder Geschmäcker sind, und wird überwiegend
in diesem Zusammenhang beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich,
dass dies nur zur Vereinfachung der Beschreibung geschieht und dass
das Verfahren nicht auf diese Anwendung beschränkt ist.
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Geeignete
Wirkstoffe und Cyclodextrine für
diese Erfindung können
gefunden werden in dem US-Patent
US 5 571 782 A , dessen Inhalt ausdrücklich hierin
durch Bezugnahme darauf einverleibt ist.
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Das
Verfahren der Erfindung umfasst auch ein Zugeben eines Cyclodextrins
zu einem Lösemittel
in einem Reaktionsgefäß, ein Zugeben
eines Wirkstoffs zu der Cyclodextrinlösung unter Rühren und
ohne Öffnen des
verschlossenen Reaktionsgefäßes und
ein Ermöglichen,
dass das Gemisch über
einen geeigneten Zeitraum und bei einer ausreichenden Temperatur
gerührt
wird, um einen Einschlusskomplex zu bilden zwischen dem Cyclodextrin
und dem Wirkstoff. Ein den Feststoffgehalt erhöhendes Mittel wird dann zu
der Lösung
gegeben, um den Feststoffgehalt der Lösung zu erhöhen, und die Lösung wird
sprühgetrocknet,
um den Cyclodextrin-Wirkstoff-Einschlusskomplex als trockenes Pulver
zu gewinnen.
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Das
Reaktionsgefäß kann verschlossen
oder unverschlossen sein. Vorzugsweise wird das Reaktionsgefäß verschlossen
oder versiegelt, um den Verlust von beliebigen flüchtigen
Bestandteilen zu verhindern.
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Das
den Feststoffgehalt erhöhende
Mittel schließt
Maltodextrine; enzymmodifizierte Stärken; oxidierte Stärken (z.B.
Stärke,
die oxidiert ist durch Hypochlorit oder Periodat); aminosäuresubstituierte
Maisstärkederivate
(z.B. periodatoxidierte Maisstärke,
amylasedextrinierte Maisstärke
und Maisstärke,
die kovalent gebunden ist Phenylalaninglycoamin); Oligosaccharide
aus α-amylasemodifizierten
Stärken
von Weizen, Kukuruz, Reis, Amylokukuruz, Mais oder Getreide, wachsartigem
Mais, Cassava oder Maniok und Kartoffel; octenylsuccinatbehandelte
Stärke
und Akaziengummi ein. Vorzugsweise steht das den Feststoffgehalt
erhöhende
Mittel für
Akaziengummi, Maltodextrin, modifizierte Dextrine oder Gemische
davon.
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Gemäß der Erfindung
kann beliebiges Cyclodextrin, das einen Komplex mit dem Wirkstoff
bildet, verwendet werden. Typischerweise steht das Cyclodextrin
für ein α- oder β- oder γ-Cyclodextrin.
Ein beliebiges Lösemittel
kann verwendet werden, das das Cyclodextrin löst, das bevorzugte Lösemittel
ist je doch Wasser. Ein Colösemittel
oder Cosolvens, wie Ethanol oder Isopropylalkohol, kann zu dem Wasser
gegeben werden. Typischerweise wird ein Colösemittel, wenn es verwendet
wird, zu dem Wasser in einer Menge von etwa 1 oder 2% gegeben.
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Die
Konzentration von Cyclodextrin in der Lösung beträgt vorzugsweise zwischen etwa
5 Gew.-% bis 40
Gew.-% und vorzugsweise zwischen etwa 15 Gew.-% und 20 Gew.-%. Es
ist jedoch nicht notwendig, dass das gesamte Cyclodextrin gelöst wird,
wenn es zu dem Lösemittel
gegeben wird. Es ist zufrieden stellend oder ausreichend, dass ein
Gleichgewicht gebildet wird zwischen gelöstem und nicht gelöstem Cyclodextrin.
Im Allgemeinen nimmt die Konzentration von Cyclodextrin in der Lösung mit
zunehmender Temperatur zu.
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Das
Gemisch wird typischerweise mit einer Geschwindigkeit von zwischen
etwa 300 U/min und 1500 U/min, vorzugsweise 300 bis 500 U/min gerührt. Je
höher die
Rührgeschwindigkeit,
desto schneller ist die Rate der Bildung des Cyclodextrin-Wirkstoff-Einschlusskomplexes.
Die Rührgeschwindigkeit
kann jedoch nicht so hoch sein, um genügend Scherkraft zu erzeugen,
um die Cyclodextrinmoleküle
zu beschädigen.
Daher sollte die Rührgeschwindigkeit
so hoch wie möglich
sein ohne Beschädigung
der Cyclodextrinmoleküle.
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Der
Wirkstoff wird in die gerührte
Lösung
von Cyclodextrin eingeführt.
Vorzugsweise wird der Wirkstoff in ein verschlossenes Reaktionsgefäß eingeführt ohne Öffnung des
Reaktionsgefäßes. Im
Allgemeinen wird der Wirkstoff in den Reaktor gepumpt in reiner
Form oder als eine Lösung,
und die Leitungen des Aroma- oder Geschmackszuführungssystems werden mit Lösemittel
gespült.
Wenn der Wirkstoff zugegeben wird als eine Lösung, wird er vorzugsweise
in der höchstmöglichen
Konzentration zugegeben. Vorzugsweise ist die Konzentration des
Wirkstoffs in der Lösung
größer als
50 Gew.-% und besonders bevorzugt größer als 80 Gew.-%. Wenn der
Wirkstoff für
ein Aroma oder einen Geschmack steht, basieren die bevorzugten Lösemittel
für das Aroma
oder den Geschmack auf Öl,
fixiertes oder starres Öl,
Triacetin oder Wasser. Die Konzentration des Wirkstoffs, der in
der erhaltenen Lösung
vorliegt, wird bestimmt durch die Aroma- oder Geschmacksbeladung, die
in dem Endprodukt gewünscht
wird. Die notwendige Konzentration des Wirkstoffs in der Endlösung kann leicht
bestimmt werden von einem Fachmann durch Routineexperimente. Typischerweise
beträgt
die Aroma- oder Geschmacksbeladung des Wirkstoffs in dem Endprodukt
zwischen 1 und 20%, vorzugsweise zwischen 2 und 10%. In der Regel
beträgt
das Molverhältnis
des Wirkstoffs zu Cyclodextrin in der erhaltenen Lösung zwischen
etwa 0,001:1 und etwa 100:1, vorzugsweise zwischen etwa 0,01:1 und
10:1 und ganz besonders bevorzugt zwischen etwa 0,2:1 und 1:5.
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Die
Temperatur der Lösung
beträgt
in der Regel zwischen etwa 4°C
und 75°C,
vorzugsweise zwischen etwa 10°C
und 40°C
und besonders bevorzugt zwischen etwa 12°C und 30°C. Die Zeit zur Bildung des
Komplexes beträgt
typischerweise zwischen 15 min und etwa 24 h, vorzugsweise zwischen
1 h und 10 h. Im Allgemeinen ist die Reaktionszeit umso kürzer, je
höher die
Temperatur ist. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen wird
angenommen, dass sich die kürzeren
Reaktionszeiten bei höheren
Temperaturen ergeben aufgrund dessen, dass mehr Cyclodextrin gelöst ist in
dem Lösemittel
bei höheren
Temperaturen. Typische Reaktionszeiten betragen 4 h bei 25°C.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann eine Komplexierung begonnen oder initiiert werden
unter Rühren
bei einer hohen Temperatur, gefolgt von einem stufenweisen Senken
der Temperaturen. Die Anmelder fanden unerwartet, dass die Bildung
des Einschlusskomplexes wirksamer ist, wenn die Temperatur der Lösung verändert wird.
Die Bildung des Einschlusskomplexes kann wirksamer sein, wenn die
Komplexierung gestartet oder begonnen wird unter Rühren bei
einer hohen Temperatur, gefolgt von einer stufenweise niedrigeren
Temperatur. Z.B. kann das Gemisch unter konstantem Rühren 1 h
lang bei 75°C
gehalten werden, gefolgt von 3 h bei 25°C und 20 h bei 11°C.
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Die
Anmelder fanden auch unerwartet heraus, dass die Wirksamkeit der
Einschlusskomplexbildung erhöht
werden kann, wenn das Reaktionsgefäß unter einem positiven Druck
gehalten wird. Daher findet in einer Ausführungsform der Erfindung die
Bildung des Einschlusskomplexes unter positivem Druck statt. Der Druck
kann erhöht
werden auf einen beliebigen Wert, der Druck wird jedoch typischerweise
oberhalb von Atmosphärendruck
liegen und bis zu einer Höhe,
so hoch wie etwa 1000 psi (68 bar), betragen, bevorzugt bis zu etwa
100 psi (6,8 bar). Eine Erhöhung
des Drucks während
der Komplexierung ist teilweise nützlich, wenn der Wirkstoff
flüchtig
ist.
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Sobald
die Bildung des Einschlusskomplexes vollständig ist, wird der Gesamtfeststoffgehalt
der erhaltenen Aufschlämmung
erhöht
auf etwa 30 bis 55 Gew.-%, vorzugsweise 35 bis 41 Gew.-%, durch
Zugabe eines den Feststoffgehalt erhöhenden Mittels, das heißt Akaziengummi,
Maltodextrin, modifizierte Dextrine oder Gemische davon. Vorzugsweise
wird Akaziengummi in einer Menge zwischen etwa 5 bis 20 Gew.-%,
vorzugsweise etwa 7 bis 15 Gew.-%, zugegeben und ganz besonders
bevorzugt etwa 8 bis 10 Gew.-%, und der erhaltene Feststoffgehalt
wird herbeigeführt
mit Maltodextrin, das ein Dextroseäquivalent (DE) von zwischen
etwa 5 und 10 aufweist. Das Maltodextrin wird in einer Menge von
zwischen etwa 30 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-%, zugegeben.
Das erhaltene Gemisch wird dann vorzugsweise getrocknet unter Verwendung von
herkömmlichen
Sprühtrocknungstechniken,
die den Leuten vom Fach gut bekannt sind.
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Die
getrockneten Cyclodextrinkomplexe, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung hergestellt sind, weisen einen höheren Prozentsatz an Wirkstoff
auf, der mit dem Cyclodextrin komplexiert ist, als wenn der Cyclodextrinkomplex
nach herkömmlichen
Verfahren hergestellt worden wäre,
wie Filtration des Cyclodextrineinschlusskomplexes und Gefriertrocknen
oder Vakuumtrocknen des Filtrats oder Sprühtrocknen einer Lösung des
Cyclodextrineinschlusskomplexes ohne die Zugabe des den Feststoffgehalt
erhöhenden
Mittels von Akaziengummi, Maltodextrin, modifizierten Dextrinen
oder Gemischen davon. in gleicher Weise komplexiert das Verfahren
der vorliegenden Erfindung einen signifikant größeren Prozentsatz des Wirkstoffs
im Vergleich zu einem herkömmlichen
Sprühtrocknungsverfahren,
das keine Bildung von Cyclodextrineinschlusskomplexen umfasst, aber
nur den Wirkstoff auf der Oberfläche
adsorbiert oder den Wirkstoff in den Poren eines festen Partikels,
wie Akaziengummi, Maltodextrin oder modifizierter Stärke, verkapselt.
Die erhöhte
Wirksamkeit ist besonders offensichtlich, wenn der Wirkstoff flüchtig ist.
Wenn der Wirkstoff z.B. Dimethylsulfid ist, weist ein typisches
Sprühtrocknen
eine Wirksamkeit von nur etwa 8% auf, und ein Sprühtrocknen
eines Cyclodextrineinschlusskomplexes mit Akaziengummi, Maltodextrin,
modifizierten Dextrinen oder Gemischen davon weist eine Wirksamkeit
von etwa 33% auf. Gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung, bei dem der Cyclodextrineinschlusskomplex jedoch
sprühgetrocknet
wird mit Akaziengummi, Maltodextrin, modifizierten Dextrinen oder
Gemischen davon, ist die Wirksamkeit des Verfahrens besser als 75%.
Daher gewinnt das Verfahren der vorliegenden Erfindung mehr von
dem Wirkstoff in Form eines Einschlusskomplexes, verglichen mit anderen
Verfahren der Verkapselung von Wirkstoffen, und führt zu weniger
Wirkstoff, der verloren wird.
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Ohne
an eine Theorie gebunden sein zu wollen wird angenommen, dass die
erhöhte
Wirksamkeit das Ergebnis einer zweiten Beschichtung von Akaziengummi,
Maltodextrin, modifizierten Dextrinen oder Gemischen davon ist,
die den Cyclodextrinwirkstoffeinschlusskomplex bilden. Die erhöhte Wirksamkeit
kann auch teilweise vorliegen aufgrund des freien Wirkstoffs, das
heißt
ein Wirkstoff, der nicht mit Cyclodextrin komplexiert ist, der adsorbiert
ist an die Oberfläche
von oder eingeschlossen ist in die Poren des Akaziengummis, Maltodextrins,
der modifizierten Dextrinen oder den Gemischen davon.
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Als
Ergebnis der verbesserten Wirksamkeit wird weniger Wirkstoff benötigt am
Beginn des Verfahrens, um einen Endcyclodextrineinschlusskomplex
herzustellen, der eine spezielle Menge an Aroma oder Geschmack aufweist,
der darin komplexiert ist. In gleicher Weise erzeugt bei einer gegebenen
Ausgangsmenge an Wirkstoff das Verfahren der vorliegenden Erfindung
einen Cyclodextrineinschlusskomplex, der einen höheren Prozentsatz an Wirkstoff
aufweist, der darin komplexiert ist, verglichen mit anderen Verfahren
zur Herstellung von Cyclodextrineinschlusskomplexen. Als Ergebnis
der erhöhten
Menge an Wirkstoff in dem Einschlusskomplex wird weniger von dem
Endmaterial benötigt,
um einen gegebenen Effekt zu erreichen, wie die Herstellung eines
Aromas in einem Parfüm
oder eines Aromas oder Geschmacks in einem Nahrungsmittel. Diese erhöhte Wirksamkeit
bedeutet, dass die Kosten zur Herstellung eines Cyclodextrineinschlusskomplexes
signifikant reduziert werden, so dass das Verfahren kostenwirksamer
und kommerziell brauchbar wird.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung wird besonders ökonomisch
für teure
Wirkstoffe oder Wirkstoffe, die flüchtig sind. Außerdem kann
das Verfahren der vorliegenden Erfindung z.B. verwendet werden,
um einen Einschlusskomplex mit nur einem speziellen Bestandteil
eines Aromas oder einer Aromazusammensetzung zu bilden, und um dann
den erhaltenen Komplex trocken mit den anderen Bestandteilen der
Zusammensetzung zurückzumischen.
Vorzugsweise ist der spezielle Bestandteil ein flüchtiger
Bestandteil der Geschmack- oder Aromazusammensetzung oder ein Bestandteil,
der Gegenstand eines Abbaus ist bei einem Aussetzen gegenüber Luft,
Licht, Sauerstoff oder anderen Verbindungen.
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Unter
Aroma- oder Geschmacksbestandteilen ist das Verfahren der Erfindung
besonders nützlich
zur Bildung von Cyclodextrinkomplexen mit Dimethylsulfid, Methylmercaptan,
Acetaldehyd, 2-Methyl-3-furanthiol und
Diacetyl. In gleicher Weise ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung
besonders nützlich,
um Cyclodextrinkomplexe mit sich unter Erwärmung zersetzenden Aromen oder
Geschmäckern
zu bilden. Unter Erwärmung
zersetzte Aromen oder Geschmäcker
sind frei von Fettsäuren,
die bei einer hohen Temperatur unter Erwärmen zersetzt werden, und verleihen
den Nahrungsmitteln eine gegrillte oder fettige Note. Ein Problem
bei unter Erwärmung
zersetzten Aromen oder Geschmäckern
ist, dass sie instabil sind in Gegenwart von hydrolysierten Pflanzenproteinen,
wenn jedoch die unter Wärme
zersetzten Aromen oder Geschmäcker
komplexiert sind in einem Cyclodextrineinschlusskomplex, wird ihre
Stabilität
in Gegenwart eines hydrolysierten Pflanzenproteins signifikant verbessert.
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Mit
Aroma- oder Geschmacksbestandteil ist jede beliebige Verbindung
oder jedes beliebige Gemisch von Verbindungen gemeint, die/das zu
der Gesamtaroma- oder Gesamtgeschmackswahrnehmung beiträgt. Geschmacks-
oder Aromabestandteile schließen – ohne darauf
beschränkt
zu sein – solche
ein, die aufgelistet sind in der 21 FEMA GRAS Liste, der Codex Alimentarius
Liste oder einer beliebigen anderen zuverlässigen veröffentlichten Liste, Gewürze, Fettharze,
Geschmacks- oder Aromaverstärker
und dergleichen.
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Die
Erfindung ist auch auf eine Zusammensetzung gerichtet, die hergestellt
wird gemäß dem Verfahren,
das oben beschrieben ist. Die Zusammensetzung umfasst einen oder
mehrere Wirkstoffe in einer gepulverten Form, wobei mindestens ein
Teil oder eine Portion des Wirkstoffs komplexiert ist mit Cyclodextrin
und das Cyclodextrin beschichtet ist mit Akaziengummi, Maltodextrin,
modifizierter Stärke
oder Gemischen davon. Der Wirkstoff kann ein Aroma oder Geschmack,
Duft, Parfüm,
Arzneimittel und dergleichen sein.
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Der
Wirkstoff umfasst typischerweise zwischen etwa 1 und 20 Gew.-% des
Komplexes und oftmals mehr als 15% des Komplexes.
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Die
Cyclodextrinkomplexe der vorliegenden Erfindung zeigen die gleiche
Aroma- oder Geschmacksfreisetzung und -stabilität wie andere verkapselte Aromen
oder Geschmäcker.
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BEISPIELE
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Die
Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele
definiert, die in Einzelheiten die Verfahren der vorliegenden Erfindung
beschreiben. Die Beispiele sind stellvertretend und sollten nicht
so ausgelegt werden, dass sie den Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung in irgendeiner Weise beschränken.
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Komplexe
von Aroma- oder Geschmackssystemen, die einen Rindergeschmack oder
ein Rinderaroma (BEEF FLAVOR 1.123.20, kommerziell erhältlich von
FIS USA von Solon, OH), einen Hühnergeschmack oder
ein Hühneraroma
(CHICKEN FLAVOR 2.01.03, kommerziell erhältlich von FIS US von Solon,
OH), einen gegrillten Geschmack oder ein gegrilltes Aroma (GRILLED
FLAVOR 4.24.20, kommerziell erhältlich
von FIS USA von Solon, OH), einen Shrimpgeschmack oder ein Shrimparoma
(SHRIMP FLAVOR 5.58.21, kommerziell erhältlich von FIS USA von Solon,
OH), ein unter Wärme
zersetztes Aroma oder einen unter Wärme zersetzten Geschmack (FLAVOR
8251-0, kommerziell erhältlich
von FIS USA von Solon, OH) und einen Tomatengeschmack oder ein Tomatenaroma
(TOMATO BOOSTER 008 7.70.28, kommerziell erhältlich von FIS USA von Solon,
OH) aufweisen, wurden mit β-Cyclodextrin
gemäß dem unten
beschriebenen Verfahren komplexiert.
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Die
Komplexe wurden gebildet in einem 4-Liter-Reaktionsgefäß, das einen
Rührer
aufwies und eine Temperaturkontrolle oder Temperatursteuerung. Das
Reaktionsgefäß ist in 1 abgebildet.
Die Rührgeschwindigkeit
wurde eingestellt auf 1.500 U/min. 1 l einer 15% Lösung von β-Cyclodextrin
(CavitronTM, kommerziell erhältlich von
Cerestar, Hammond, IN) wurde auf 75°C erwärmt und in das Reaktionsgefäß überführt. Eine
pure Lösung
eines zusammengesetzten Aromas oder Geschmacks oder eine Lösung von
einem zusammengesetzten Aroma oder Geschmack, das/der mehr als etwa
30 Gew.-% des Aromas oder Geschmacks aufwies, wurde dann in das
Reaktionsgefäß gepumpt.
Das Gefäß, das das
Aroma oder den Geschmack hielt, wurde mit 100 ml Wasser gespült, und
das Wasser wurde in das Re aktionsgefäß gepumpt. Die Probe wurde
kontinuierlich bei 1.500 U/min 1 h lang bei 75°C gerührt, gefolgt von 3 h bei 25°C und 20
h bei 11°C.
Bei der Vervollständigung
der Reaktion wurde das verschlossene Reaktionsgefäß geöffnet, und
die gesamten Feststoffe der Aufschlämmung wurden erhöht auf 35
bis 41%. Dies wurde durchgeführt
durch Zugabe von 8 bis 10 Gew.-% Akaziengummi (SPRAY GUM C, kommerziell
erhältlich
von Colloides Natureles Inc., Bridgewater, NJ) und der bestehen
bleibende Feststoffgehalt wurde hergestellt mit Maltodextrin 5-10
DE (MALTRIN 040, kommerziell erhältlich
von GPC, Muscatine, Iowa). Die erhaltene Aufschlämmung wurde sprühgetrocknet
unter Verwendung herkömmlicher
Sprühtrocknungstechniken.
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Die
Menge des Aroma- oder Geschmackbestandteils in dem Einschlusskomplex
wurde bestimmt unter Verwendung einer Kopfraumgaschromatographieanalyse
(GC) mit einem PE8500 Gaschromatographen (kommerziell erhältlich von
Perkin Eimer, Norwalk, CT), ausgestattet mit einem Flammenionisationsdetektor. Die
Menge an Aroma- oder Geschmacksbestandteilen wurde bestimmt, basierend
auf der Peakantwort von Schlüsselmarkermolekülen für jeden
Geschmack oder für
jedes Aroma. Externe Standards wurden verwendet, um die Retentionszeiten
für die
Markermoleküle
zu bestimmen.
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Das
folgende analytische Verfahren wurde befolgt, um die Menge an Aroma-
oder Geschmacksbestandteil in jeder Probe zu bestimmen: Proben für die Analyse
wurden hergestellt durch Lösen
von 100 mg des Einschlusskomplexes oder 25 mg des Einschlusskomplexes,
der gebildet wird aus Tomatengeschmack oder Tomatenaroma in 1 ml
Wasser in einem 20 ml luftdichten Gefäß. Die Proben wurden in einen
PE101 Auto-Sampler (kommerziell erhältlich von Perkin Elmer, Norwalk,
CT) gesetzt und auf 80°C
erwärmt.
2 μl statische Kopfraumproben
wurden injiziert auf eine 75 m × 0,53
mm × 3 μm J&W DB 624 Säule (kommerziell
erhältlich von
J&W Scientific
Co., Folsom, CA). Die folgenden chromatographischen Bedingungen
wurden verwendet: Anfangstemperatur 70°C mit einer Haltezeit von 3
min, gefolgt von einem linearen Temperaturgradienten von 70°C bis 150°C mit einer
Geschwindigkeit von 10°C/min
und einer Haltezeit von 12 min bei 150°C, gefolgt von einem zweiten
linearen Temperaturgradienten von 150°C bis 230°C mit einer Geschwindigkeit
von 10°C/min und
einer Haltezeit von 12 min bei 230°C. Die Gesamtlaufzeit betrug
43 min. Die Peakantworten wurden bestimmt unter Verwendung eines
elektronischen Integrators.
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Beispiel 1:
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Vergleich des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung mit anderen Verfahren zur Verkapselung
von Aromen oder Geschmäckern.
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Tomatenaroma
oder -geschmack wurde komplexiert mit β-Cyclodextrin gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren, und die Menge des Markermoleküls Dimethylsulfid
(DMS) in dem Einschlusskomplex wurde bestimmt durch Kopfraum-GC-Analyse.
Für Vergleichszwecke
wurde das Tomatenaroma auch komplexiert mit β-Cyclodextrin gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren, außer
dass Akaziengummi und Maltodextrin nicht zugegeben wurden, um den
Feststoffgehalt zu erhöhen
vor einem Sprühtrocknen.
Um das Verfahren der vorliegenden Erfindung zu vergleichen mit herkömmlichen
Sprühtrocknungstechniken,
wurde das Tomatenaroma oder der Tomatengeschmack auch verkapselt
durch Sprühtrocknen
mit Akaziengummi und Maltodextrin allein. In diesem Experiment wurde
das oben beschriebene Verfahren befolgt, außer dass Cyclodextrin durch
Maltodextrin substituiert wurde während der Komplexierung, und
die erhaltene Aufschlämmung
wurde sprühgetrocknet.
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Die
Wirksamkeit des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung betrug 75%. Die Wirksamkeit des Sprühtrocknens des Cyclodextrineinschlusskomplexes
ohne Akaziengummi und Maltodextrin betrug nur 33%, und die Wirksamkeit
der Verkapselung durch Sprühtrocknung
mit Akaziengummi und Maltodextrin allein betrug nur 8%. Die 2 stellt
diese Daten grafisch dar. Die Ergebnisse zeigen, dass das Verfahren
der vorliegenden Erfindung viel effizienter oder wirksamer ist als
herkömmliche
Verfahren der Einkapselung von Aroma- oder Geschmacksbestandteilen.
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Beispiel 2:
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Vergleich einer Sprühtrocknung
von β-Cyclodextrinkomplexen
mit Akaziengummi und Maltodextrin mit anderen Verfahren der Trocknung
von β-Cyclodextrineinschlusskomplexen
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Für Vergleichszwecke
wurde Tomatenaroma oder Tomatengeschmack komplexiert mit β-Cyclodextrin gemäß dem Verfahren,
das oben beschrieben ist, außer
dass die Aufschlämmung
filtriert wurde und in einem Vakuumofen bei 40°C und einem Druck von 30 Inch
an Hg oder durch Gefriertrocknung 12 h lang getrocknet wurde. Das
Gefriertrocknen wurde ausgeführt
unter Verwendung eines VIRTIS 50-SRC Gefriertrockners (kommerziell
erhältlich
von Virtis Co. von Gardiner, NY). Das Material wurde gefriergetrocknet
unter Verwendung des folgenden Laufs oder Zyklus: Gefriertrocknen
der Probe bei –36°C während 3
h, Anwenden eines Vakuums von 150 Millitor, Erhöhung der Temperatur auf 25°C bei einer
Geschwindigkeit von 3°C
pro Stunde und ein Ablassen des Drucks. Vier Läufe oder Zyklen wurden durchgeführt, um
jede Probe zu trocknen. Die Tabelle 1 zeigt die Wirkung der verschiedenen
Trocknungsverfahren auf die Peakfläche von behandelten Aroma-
oder Geschmacksverbindungen, die eingeschlossen sind in β-Cyclodextrin.
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Tabelle
1 Wirkung
von verschiedenen Trocknungsverfahren auf die Peakfläche von
behandelten Aroma- oder Geschmacksverbindungen, die eingeschlossen
sind in β-Cyclodextrin
mit Tomatenaroma oder Tomatengeschmack
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Die
Ergebnisse zeigen, dass das Sprühtrocknungsverfahren
der vorliegenden Erfindung wirksamer ist als ein Ofentrocknen und ähnlich ist
zu einem Gefriertrocknen. Die hohen Kosten des Gefriertrocknens
machen jedoch das Verfahren der vorliegenden Erfindung wirtschaftlicher
als das Gefriertrocknen.
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Beispiel 3:
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Wirkung der Komplexierungstemperatur
und Zeit
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Tomatenaroma
oder -geschmack wurde komplexiert mit β-Cyclodextrin, wie oben beschrieben.
In einem getrennten Experiment wurde Tomatenaroma oder -geschmack
komplexiert mit β-Cyclodextrin
gemäß dem Verfahren,
das oben beschrieben ist, außer
dass die Temperatur während
des 24 h Komplexierungszeitraums bei 25°C gehalten wurde. Die Ergebnisse
sind in der Tabelle 2 bereitgestellt.
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Tabelle
2: Wirkung
der Komplexierungstemperatur auf Peakflächen der behandelten Aroma-
oder Geschmacksverbindungen, die eingeschlossen sind in β-Cyclodextrin
mit Tomatenaroma oder Tomatengeschmack
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Die
Ergebnisse zeigen an, dass das Verfahren wirksamer ist, wenn die
Komplexierung in einem verschlossenen Gefäß durchgeführt wird bei einer hohen Temperatur,
gefolgt von einem Kühlen,
als wenn die Komplexierung bei einer einzelnen Temperatur durchgeführt wird.
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Beispiel 4:
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Wirkung von Druck auf
die Wirksamkeit der Komplexierung
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Die
Wirkung von Druck auf die Wirksamkeit der Komplexierung wurde bewertet
durch Komplexierung der Bestandteile von Tomatenaroma mit β-Cyclodextrin
gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren. Die Komplexierung wurde durchgeführt bei
Atmosphärendruck,
100 psi und 1.000 psi. Die Tabelle 3 zeigt, dass ein Erhöhen des
Drucks die Wirksamkeit des Verfahrens verbessert, wie gemessen durch
die Peakfläche
aus dem GC-Kopfraum, für
Dimethylsulfid und Isobutylthiazol. Die Tabelle 3 zeigt auch, dass
für β-Damescenon
und cis-3-Hexenol eine Erhöhung
des Drucks am Anfang zu einer Zunahme in der Menge von Aroma oder
Geschmack führte,
das/der komplexiert ist mit dem Cyclodextrin, aber sich der Effekt
einpendelt oder abschwächt. Für Phenylethylalkohol
führt jedoch
eine Zunahme des Drucks zu einer Abnahme in der Menge des Aromas oder
Geschmacks, das/der mit dem Cyclodextrin komplexiert ist. Die Ergebnisse
zeigen, dass eine Erhöhung des
Drucks die Wirksamkeit der Komplexierung verbessern kann für einige
Aroma- oder Geschmacksbestandteile. Die Verbesserung der Wirksamkeit
ist am deutlichsten für
hochflüchtige
Verbindungen, wie Dimethylsulfid.
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Tabelle
3: Wirkung
des Komplexierungsdrucks auf Peakflächen von behandelten Aroma-
oder Geschmacksverbindungen, die eingeschlossen sind in β-Cyclodextrin
mit Tomatenaroma oder Tomatengeschmack
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Beispiel 5:
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Vergleich
der Aroma- oder Geschmacksqualität
für Aromen
oder Geschmäcker,
die komplexiert sind mit β-Cyclodextrinen
gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung mit Aromen oder Geschmäckern, die sprühgetrocknet
sind mit Akaziengummi und Maltodextrin
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Proben
von Tomaten-, Shrimp- und Hühneraroma
oder -geschmack wurden komplexiert mit β-Cyclodextrinen, wie oben beschrieben.
Zum Vergleich wurden Proben auch verkapselt nach einem herkömmlichen Sprühtrocknen
dieser Aromen oder Geschmäcker
mit Akaziengummi und Maltodextrin. Ein herkömmliches Sprühtrocknen
dieser Aromen oder Geschmäcker
wurde durchgeführt,
wie im Beispiel 1 für
Tomatenaroma beschrieben. Die verkapselten Aromen oder Geschmäcker wurden
zu einem dehydratisierten TRIOTM System (kommerziell
erhältlich
von Nestle Food Services, Solon, OH) gegeben, um ein Grund- oder
Basisaromasystem oder ein Grund- oder Basisgeschmacksystem zu erzeugen.
Das TRIOTM System ist ein neutral aromatisiertes
Pulver zur Herstellung von Soßen.
Die Grundgeschmacks- oder Grundaromasysteme wurden hergestellt durch
Zugabe der Hühner-
und Shrimpkomplexe zu dem TRIOTM System
mit einem Wert oder Gehalt von 10% und durch Zugabe des Tomatenkomplexes
mit einem Wert oder Gehalt von 5%. Die Grundaromasysteme wurden
dann rehydratisiert mit heißem
Wasser (100°C)
und durch ein technisches Testgremium geschmacklich getestet. Die
Grund- oder Basissysteme, die die Hühner- und Shrimpkomplexe enthielten,
wurden als eine 2% Lösung
in heißem
Wasser geschmeckt oder getestet und die Grund- oder Basissysteme,
die das Tomatenaroma enthielten, wurden als eine 4% Lösung in
heißem
Wasser geschmeckt oder getestet.
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Das
technische Testgremium wies ein Minimum von 8 Mitgliedern bei jeder
Geschmacks- oder Testsitzung auf. Eine 10-Punkte-Intensitätsskala
wurde verwendet, um die Intensität
des Aromas oder des Geschmacks zu beurteilen, wobei 0 eine Abneigung
oder Abscheu von dem Aroma oder Geschmack anzeigte, und 10 ein besonderes
Gefallen oder einen besonderen Geschmack des Aromas angab. Die Proben
wurden zuerst bewertet durch das Gremium, und eine willkürliche Einheit
wurde gewählt
auf der 10-Punkte-Skala, um das Modellsystem zu bewerten, das ein
frisch sprühgetrocknetes
Pulver war. Eine willkürliche
Einheit wurde auch gewählt,
um das sprühgetrocknete
Pulver zu bewerten, und das Aroma oder den Geschmack, der komplexiert
war mit β-Cyclodextrin,
die diese Aromen oder Geschmäcker
in Bezug auf das Modellsystem verglich. Diese Werte wurden als Zeit
Null Werte für
jeden Geschmack oder jedes Aroma bezeichnet. Weitere Bewertungen
wurden auf diese Skala bezogen. Bei jeder neuen Bewertung wurde
das Testgremium mit dem Modellsystem und dem Einheitswert versorgt,
der dem Modellsystem zugeordnet wurde, die Proben wurde dann bewertet
auf der 10-Punkte-Skala in Bezug auf das Modellsystem.
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Die 3 zeigt
das Ergebnis des technischen Testgremiums für Tomaten-, Hühner- und
Shrimparomen oder -geschmäcker.
Die Ergebnisse zeigen, dass nach einer Rehydratisierung das Aroma
oder der Geschmack, das/der komplexiert ist mit β-Cyclodextrin gemäß der vorliegenden
Erfindung, eine gleiche oder bessere Leistung zeigte als ihr sprühgetrockneter
Widerpart.
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Die
gleichen Proben wurden auch bei 160°F (70°C) über einen Zeitraum von 6 h
gehalten und jede Stunde durch das Gremium geschmeckt. Eine frische
Referenzprobe wurde hergestellt für jede stündliche Sitzung. Die Ergebnisse
des Gremiums als Funktion der Zeit sind in den 4 bis 6 gezeigt
für Tomaten-, Hühner- und
Shrimparomen oder -geschmäcker.
Die Ergebnisse zeigen, dass selbst wenn die Intensitätspunktezahlen
für die
Cyclodextrinaroma- oder -geschmackskomplexe überall leicht besser waren
nach 6 h im Vergleich zu den Geschmäckern oder Aromen, die hergestellt
wurden nach einem herkömmlichen
Sprühtrocknen, dass
die Zersetzungsgefälle
für beide
der β-Cyclodextrinaroma
oder -geschmackskomplexe und der sprühgetrockneten Komplexe etwa
gleich waren. Dies zeigt, dass die β-Cyclodextringeschmacks- oder -aromakomplexe
ihren Geschmack oder ihr Aroma in der gleichen Geschwindigkeit freisetzen
wie Aromen oder Geschmäcker,
die verkapselt sind nach einem herkömmlichen Sprühtrocknen.
Die besseren Zahlenwerte durch das Gremium nach 6 h ist das Ergebnis
von mehr Aroma oder Geschmack, der in β-Cyclodextrinaroma- oder -geschmackskomplexen
zu Beginn einverleibt ist.
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Beispiel 6
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Stabilität von β-Cyclodextrinaromakomplexen
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Proben
von einem Tomaten-, Rinder- und Hühnergeschmack oder -aroma wurden
komplexiert mit β-Cyclodextrinen,
wie oben beschrieben. Zum Vergleich wurden auch Proben verkapselt
nach einem herkömmlichen
Sprühtrocknen
dieser Aromen mit Akaziengummi und Maltodextrin, gefolgt von dem
in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren für Tomatenaroma. Die Proben
wurden dann bei einer Temperatur von 25°C oder 40°C in einem Exsikkator gelagert,
der eine gesättigte
Lösung
von Magnesiumnitrat enthielt, um die relative Feuchtigkeit bei einem
Wert von 53% zu kontrollieren oder zu steuern. Die 40°C Proben
wurden bewertet durch Kopfraumchromatographie in 1 Wochen Intervallen
während
8 Wochen, und die 25°C
Proben wurden in 3- und 5-Monatsintervallen bewertet. Die Proben
wurden auch durch das technische Gremium zum Zeitpunkt Null und
nach 8 Wochen für
Proben, die bei 40°C
gelagert wurden, und nach 3 Monaten für Proben, die bei 25°C gelagert
wurden, bewertet.
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Die 7 zeigt
die Ergebnisse des technischen Gremiums für jeden Geschmack oder jedes
Aroma. Wieder wurde beobachtet, dass die β-Cyclodextrinaroma- oder -geschmackskomplexe
eine höhere
Aroma- oder Geschmacksintensität
aufwiesen im Vergleich zu ihren sprühtgetrockneten Gegenstücken. Diese
größere Intensität für die β-Cyclodextringeschmacks-
oder Aromakomplexe wird wieder der Tatsache zugerechnet, dass mehr
Aroma oder Geschmack in den β-Cyclodextrinaroma-
oder -geschmackskomplex am Beginn einverleibt wurde.
