DE69836793T2

DE69836793T2 - Verwendung eines enzymatisch behandelten Stärkederivates als Einkapselungsmaterial

Info

Publication number: DE69836793T2
Application number: DE69836793T
Authority: DE
Inventors: Emily Keller Indianapolis Blue; Chung-Wai Westfield Chiu; Zahera Hyde Park Hussain; Roger Bridgewater Jeffcoat; Himanshu Branchburg Shah; Paul Somerville Turbiano; Dennis Neshanic Station Boyd
Original assignee: National Starch and Chemical Investment Holding Corp
Current assignee: Brunob II BV
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2018-10-31
Also published as: EP1371363A1; JP4170473B2; ATE350014T1; AU9044398A; EP0922449B1; EP0922449A2; DE69836793D1; EP0922449A3; AU736348B2; JPH11236338A; CA2252314A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine modifizierte Stärke, die durch enzymatische Hydrolyse eines Stärkemoleküls nach der Herstellung eines Stärkederivats, das eine hydrophobe Gruppe oder sowohl eine hydrophobe Gruppe als auch eine hydrophile Gruppe enthält, hergestellt wird. Eine solche modifizierte Stärke ist als Einkapselungsmittel, insbesondere in Systemen, in denen eine hohe Beladung und eine hohe Retention des aktiven Ingrediens, geringe Oberflächenölexposition und ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit gewünscht wird, einsetzbar. Das Einkapselungsmittel ist in zahlreichen Anwendungen, einschließlich einer Tablette, einsetzbar.
Die US-Patente Nr. 4 977 252 und 5 185 176, die Chiu erteilt wurden, offenbaren Stärkederivate, die eine hydrophobe oder sowohl eine hydrophobe als auch eine hydrophile Gruppe haben, die enzymatisch durch Exoenzyme abgebaut wurden. Die modifizierten Stärken sind als Emulgatoren einsetzbar.
Herkömmlicherweise wird eine Vielzahl chemischer Zusammensetzungen als Einkapselungsmittel inter alia in der Nahrungsmittel-, Kosmetik-, Anstrichmittel-, pharmazeutischen, Körperpflege-, Haushalts- und Polymerindustrie verwendet. Typische Zusammensetzungen, die herkömmlicherweise als Einkapselungsmittel fungieren, umfassen Gummi Arabicum, Dextrine, modifizierte Stärken niedriger Viskosität, Arabinogalaktan, Akaziengummi, Casein, Gelatine, Carboxymethylcellulose, Tragacanth, Karaya, Natriumalginat, Tannin und Cellulosen.
Diese typischen Zusammensetzungen stellen aber nicht konsistent hohe Beladung mit aktivem Agens und hohe Retention, geringes Oberflächenöl und ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit bereit. Im Allgemeinen enthalten Pulver, die mit herkömmlichen Einkapselungsmitteln hergestellt werden, keinen hohen Level an aktiven Agenzien. Wenn solche konventionellen eingekapselten Pulver mit Ölkonzentrationen von höher als 15 bis 20% beladen sind, verlieren sie eine beträchtliche Menge des Öls während des Trocknungsprozesses, haben viel des Öls an der Oberfläche des Pulvers freiliegend und/oder haben schlechte Oxidationsbeständigkeit.
Das US-Patent Nr. 3 971 852, das Brenner et al. erteilt wurde, offenbart ein Verfahren zur Einkapselung von Ölen in Partikeln aus einer festen, wasserempfindlichen, vorzugsweise wasserlöslichen Schutzmatrix, die die Öle isoliert, bis sie zur Verwendung durch Exposition der Partikel gegenüber Feuchtigkeit freigesetzt werden. Die Matrix bildenden Einkapselungsmaterialien umfassen Gemische aus Polysacchariden und Polyhdroxyverbindungen, die wässrige Emulsionen mit dem Öl bilden können. Obgleich das Patent eine wirksame Einkapselung von bis zu 80 Vol.-% und Oberflächenöl von nicht wesentlich über 5% mit einer relativ hohen Beladung beansprucht, versagt das bekannte Verfahren bei der Bereitstellung einer effizienten Einkapselungsölwiedergewinnung mit übermäßigem Ölverlust während der Trocknung und mit extrahierbaren Ölen in der Höhe von 10-24%, wenn der eingekapselte Ölgehalt 60 Gew.-% übersteigt. Darüber hinaus wurde nicht gezeigt, dass diese Matrizes eine gute Oxidationsbeständigkeit liefern.
Das US-Patent Nr. 5 087 461, das Levine et al. erteilt wurde, offenbart eine sprühgetrocknete Zusammensetzung, die in einer extrudierten glasartigen Matrix eingekapselt ist, welche aus einer chemisch modifizierten Stärke mit einem Dextroseäquivalent von nicht mehr als 2, einem Maltodextrin, einem Maissirupfeststoff oder Polydextrose, und einem Mono- oder Disaccharid besteht. Allerdings sind diese eingekapselten Produkte unfähig, eine hohe Beladung zu erreichen, und sind gegenüber einer Oxidation anfällig.
Die EP-Patentanmeldung Nr. 550 067 A1 offenbart ein Verfahren zur Einkapselung von Ölen in einer wasserempfindlichen zellulären festen Matrix durch Trocknung einer wäßrigen Emulsion, die das einzukapselnde Öl, eine nicht vernetzte lipophil modifizierte Stärke, die während einer Trocknung eine Vernetzung durchmacht, und eine Polyhydroxyverbindung, die mit dem Polysaccharidmaterial eine kontinuierliche wässrige Phase bildet, in welcher das Öl als diskontinuierliche Phase dispergierbar ist, enthält. Das Einkapselungsverfahren ist für Nahrungsmittel nicht annehmbar und erfordert die Einarbeitung eines Materials auf Silikonbasis, das unter Verwendung herkömmlicher Verfahren schwer zu verarbeiten ist. Darüber hinaus wurde nicht gezeigt, dass diese Matrizes eine gute Oxidationsbeständigkeit liefern.
Keines der Einkapselungsmittel, die im Stand der Technik bekannt sind, liefern allerdings eine hohe Beladung von wenigstens 40%, während sie eine Retention von wenigstens 90% des aktiven Ingrediens bei weniger als 3% Oberflächenölexposition und ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit für eine weite Vielzahl von Einkapselungsmitteln aufrechterhalten.
Komprimierte bzw. gepresste Tabletten sind ebenfalls gut bekannt, insbesondere in der pharmazeutischen Industrie. Bekannte Verfahren zum Tablettieren umfassen ein direktes Verpressen und ein Nass- oder Trockengranulieren mit anschließendem Verpressen. Tablettenformulierungen sollten charakteristischerweise frei fließend, kohäsiv und gleitend sein. Manchmal ist es erwünscht, eine Komponente der Tablette einzukapseln, und Gelatine wird in vielen Industriezweigen als Standardeinkapselungsmittel angesehen.
Allerdings können Konsumenten aus einer Vielzahl von Gründen, einschließlich einer Nahrung, die strikten Koscher-, Hallal- oder vegetarischen Standards entspricht, Produkte wünschen, die keine Gelatine enthalten. Viele Konsumenten möchten wegen der derzeitigen Angst vor bovina spongioforma-Encephalopatie (Rinderwahnsinn) Rinderprodukte vermeiden. Darüber hinaus ist Gelatine ein teures Exzipiens und sein Ersatz ist wünschenswert, um die Kosten des Produktes zu verringern.
Im Fachgebiet ist bekannt, dass bestimmte Stärken ausgezeichnete Einkapselungsmittel sind. Da Stärken allerdings im Allgemeinen als Zerfallsmittel verwendet werden, die ein Verpressen und die Härte der Tablette behindern, werden Stärke-Einkapselungsmittel im Allgemeinen nicht in signifikanten Mengen in Tabletten verwendet. Stärke ist in einer Tablette notwendig, da sie Beständigkeit gegen Splittern, Abrieb und Brechen unter Lagerungs-, Transport- und Handhabungsbedingungen vor Einnahme durch den Konsumenten bereitstellt.
Andere Einkapselungsmittel sorgen im Allgemeinen nicht für eine gute Komprimierbarkeit, während sie hohe Beladung und Retention des aktiven Ingrediens und oxidative Beständigkeit bereitstellen.
Überraschenderweise wurde jetzt entdeckt, dass die vorliegende Erfindung, die eine modifizierte Stärke verwendet, welche durch enzymatische Umwandlung einer Stärke nach Herstellung eines Stärkederivats, das eine hydrophobe Gruppe oder eine hydrophobe und eine hydrophile Gruppe enthält, als Einkapselungsmittel konsistent für eine solch hohe Beladung und Retention einer Vielzahl aktiver Ingredienzien und für niedrige Ölexposition bei gleichzeitiger ausgezeichneter Oxidationsbeständigkeit sorgen kann. Es wurde auch entdeckt, dass das Einkapselungsmittel, das eine solche modifizierte Stärke umfasst, ähnliche Verpressbarkeitscharakteristika und ähnliche resultierende Härte wie Gelatine in einer Tablettenformulierung hat.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine modifizierte Stärke, die durch enzymatische Hydrolyse eines Stärkemoleküls nach der Herstellung eines Stärkederivats, das eine hydrophobe Gruppe oder sowohl eine hydrophobe als auch eine hydrophile Gruppe enthält, hergestellt wird. Eine derartige modifizierte Stärke ist als Einkapselungsmittel, insbesondere in Systemen, in denen eine hohe Beladung und eine hohe Retention des aktiven Ingrediens, niedrige Oberflächenölexposition und ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit gewünscht werden, geeignet.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auch auf eine Tablette, insbesondere eine pharmazeutische Dosierungsform, die das Einkapselungsmittel enthält. Das Einkapselungsmittel sorgt für eine gute Verpressbarkeit und Härte der Tablette. Außerdem kann es für eine hohe Beladung und hohe Retention einer Vielzahl von aktiven Agenzien wie auch für oxidative Beständigkeit sorgen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines enzymatisch umgewandelten Stärkederivats, das eine hydrophobe Gruppe oder eine hydrophobe und eine hydrophile Gruppe enthält, das als Einkapselungsmittel einsetzbar ist, und eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Stärke.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer beta-Amylase- oder Glucoamylase-hydrolysierten, hydrophob derivatisierten Stärke.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer beta-Amylase- oder Glucoamylase-hydrolysierten, Alkenylsuccinatstärke.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung von Produkten, die ein enzymatisch umgewandeltes Stärkederivat, das eine hydrophobe Gruppe oder eine hydrophobe und eine hydrophile Gruppe enthält, als Einkapselungsmittel und eines Verfahrens zur Herstellung solcher Produkte.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung von Produkten, die eine beta-Amylase- oder Glucoamylase-hydrolysierte, hydrophob derivatisierte Stärke, als Einkapselungsmittel enthalten.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung von Produkten, die eine beta-Amylase- oder Glucoamylase-hydrolysierte, Alkenylsuccinatstärke als Einkapselungsmittel enthalten.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Mischung aus einem Stärkederivat, das eine hydrophobe Gruppe oder eine hydrophobe und eine hydrophile Gruppe enthält, und einem Mono-, Di- oder Oligosaccharid oder einem Maltodextrin, die als Einkapselungsmittel einsetzbar ist.
Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Tablette, z.B. einer pharmazeutischen Tablette, die solche Einkapselungsmittel enthält.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine modifizierte Stärke, die durch enzymatische Hydrolyse eines Stärkemoleküls nach der Herstellung eines Stärkederivats, das eine hydrophobe Gruppe oder sowohl eine hydrophobe als auch eine hydrophile Gruppe enthält, hergestellt wird. Eine solche modifizierte Stärke ist als Einkapselungsmittel, insbesondere in Systemen, in denen eine hohe Beladung und Retention des aktiven Ingrediens, niedrige Oberflächenölexposition und ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit gewünscht sind, einsetrbar. Außerdem können solche Einkapselungsmittel während des Einkapselungsverfahrens mit hohem Feststoffgehalt verarbeitet werden.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auch auf eine Tablette, insbesondere eine pharmazeutische Dosierungsform, die das Einkapselungsmittel enthält. Das Einkapselungsmittel sorgt für eine gute Verpressbarkeit und Härte der Tablette. Außerdem kann es für eine hohe Beladung und Retention einer Vielzahl von aktiven Agenzien wie auch für oxidative Beständigkeit sorgen.
Alle Stärken und Mehle sind zur Verwendung hierin geeignet und können aus einer beliebigen nativen Quelle stammen. Eine native Stärke oder ein natives Mehl, wie der Ausdruck hierin verwendet wird, ist eine/eines, wie es in der Natur gefunden wird, einschließlich solcher, die durch Pflanzenzüchtung entwickelt wurden, sowie biotechnologischer Stärken. Typische Quellen für die Stärken und Mehle sind Getreide, Knollen, Wurzeln, Hülsenfrüchte bzw. Gemüse und Früchte. Die native Stärke kann Mais, Erbse, Kartoffel, Süßkartoffel, Banane, Gerste, Weizen, Reis, Sago, Amarand, Tapioka, Pfeilwurz, Canna, Sorghum und Wachsvarietäten oder Varietäten mit hohem Amylosegehalt derselben sein. Der Ausdruck "Wachs", wie er hierin verwendet wird, soll eine Stärke oder ein Mehl umfassen, die/das wenigstens etwa 95 Gew.-% Amylopektin enthält, und der Ausdruck "mit hohem Amylosegehalt" soll eine Stärke oder ein Mehl umfassen, die/das wenigstens etwa 45 Gew.-% Amylose enthält. In der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Korn bzw. Mais, Wachsmais, Tapioka, Kartoffel und Reis verwendbar.
Als verwendbare Basisstärkematerialien sind auch die Umwandlungsprodukte eingeschlossen, die von einer beliebigen der obigen Stärken abgeleitet sind, einschließlich Fluiditätsstärken oder dünnsiedende Stärken, die durch Oxidation, α-Amylaseumwandlung, milde Säurehydrolyse oder Hitzedextrinierung hergestellt werden, und derivatisierte Stärke, z.B. Ether und Ester.
Eine besonders nützliche Stärkegrundlage ist eine gelatinierte Stärke, die eine vorgekochte, nicht körnige Stärke ist, und sie kann auch eine Fluiditätsstärke sein, die durch milden Säureabbau oder durch Hitzedextrinierungsverfahren, die auf dem Fachgebiet gut bekannt sind, umgewandelt wurde. Siehe beispielsweise Rutenberg, "Starch and Its Modifications." Handbook of Water-Soluble Gums and Resins, Davidson, Herausgeber, McGraw-Hill, Inc., New York, N.Y. 1980, s. 22-36. Eine Kombination von einer oder mehreren dieser Umwandlungstechniken kann eingesetzt werden. Die Umwandlung wird typischerweise vor Behandlung mit einem hydrophoben oder einem hydrophoben/hydrophilen Reagens und vor der Enzymbehandlung durchgeführt. Wenn es gewünscht ist, kann die Stärkegrundlage durch Behandlung mit einem α-Amylase-Enzym umgewandelt werden, um eine Fluiditätsstärke zu produzieren, und zwar in der Weise, wie es im US-Patent Nr. 4 035 235 beschrieben ist. Wenn ein Hochviskositätssystem gewünscht wird, ist es nicht notwendig, die Stärkegrundlage umzuwandeln.
Die Stärke kann durch Behandlung mit einem beliebigen Reagens oder einer Kombination von Reagenzien, die der Stärke Einkapselungseigenschaften verleihen, derivatisiert werden. Das Reagenz muss eine hydrophobe Gruppierung enthalten und kann eine hydrophile Gruppierung enthalten. Die hydrophobe Gruppierung sollte eine Alkyl- oder Alkenylgruppe sein, die wenigstens fünf Kohlenstoffatome enthält, oder eine Aralkyl- oder Aralkenylgruppe, die wenigstens sechs Kohlenstoffatome, insbesondere bis zu etwa 20 Kohlenstoffatome, enthält. Die hydrophile Gruppierung kann durch das Reagenz beigetragen werden, oder die eigenen Hydroxylgruppen der Stärke können als die hydrophile Gruppierung dienen und das Reagenz kann nur die hydrophobe Gruppierung beitragen.
Es kann ein beliebiges Verfahren zum Derivatisieren von Stärke, das die gewünschte Mischung von hydrophoben oder hydrophoben und hydrophilen Funktionen am Stärkemolekül liefert und dadurch stabile Einkapselungseigenschaften liefert, eingesetzt werden, um die modifizierte Stärke der vorliegenden Erfindung herzustellen. Geeignete Derivate und Verfahren zur Herstellung dieser sind auf dem Fachgebiet bekannt und im US-Patent Nr. 4 626 288 offenbart. In einer besonders nützlichen Ausführungsform wird die Stärke durch Reaktion mit einem cyklischen Alkenyldicarbonsäureanhydrid durch das Verfahren derivatisiert, das in den US-Patenten Nr. 2 613 206 und 2 661 349 beschrieben ist, oder die Stärke wird mit Propylenoxid, bevorzugter durch Reaktion mit Octenylbernsteinsäureanhydrid, derivatisiert.
Wenn eine niedrige Viskosität wünschenswert ist, ist eine besonders nützliche Ausführungsform ein Octenylbernsteinsäurehalbesterderivat einer Amylopektin-haltigen Stärke, z.B. Wachsmais, die zu einer Wasserfluidität (WF) von bis zu etwa 60 umgewandelt wurde. Wasserfluidität ist ein empirischer Test auf Viskosität, gemessen an einer Skala von 0 bis 90, wobei Fluidität der Kehrwert der Viskosität ist. Die Wasserfluidität von Stärken wird typischerweise durch ein Thomas-Rotationsscherviskosimeter (im Handel verfügbar von Arthur A. Thomas CO., Philadelphia, PA), standardisiert bei 30°C mit einem Standardöl, das eine Viskosität von 24,73 cps hat, wobei dieses Öl 23,12 ± 0,05 s für 100 Umdrehungen benötigt, gemessen. Genaue und reproduzierbare Messungen der Wasserfluidität werden erhalten, indem die Zeit bestimmt wird, die für 100 Umdrehungen bei verschiedenen Feststoffkonzentrationen in Abhängigkeit vom Umwandlungsgrad der Stärke vergeht: Wenn die Umwandlung ansteigt, nimmt die Viskosität ab. In einer besonders nützlichen Ausführungsform wird die umgewandelte Stärke mit etwa 0,1% bis etwa 3,0% für Nahrungsmittelprodukte und mit wenigstens etwa 0,1% für andere Produkte Octenylbernsteinsäureanhydrid behandelt. Alternativ kann ein Hydroxypropyloctenylbernsteinsäurederivat verwendet werden.
Für andere Produkte kann ein beliebiger Substitutionsgrad oder ein beliebiger Umwandlungsgrad, der in der gewünschten Viskosität und den gewünschten Einkapselungseigenschaften resultiert, verwendet werden. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 4 035 535 eine geeignete Ausführungsform, die ein Verfahren zur Herstellung eines hydrophoben Stärkederivats, das als Alternative zu Gummi Arabicum bei der Einkapselung von wasserunlöslichen Substanzen, z.B. flüchtige Aromaöle und Parfüms, zu verwenden ist, umfasst.
Nach Derivatisierung der Stärke, wird sie außerdem enzymatisch durch wenigstens ein Enzym hydrolysiert, das fähig ist, die 1,4-Verknüpfungen des Stärkemoleküls von den nicht reduzierenden Enden her abzubauen, um Mono- und/oder Disaccharide zu produzieren, um hohe Oxidationsbeständigkeit bereitzustellen, insbesondere solche mit weniger als etwa drei Glukoseeinheiten, zu produzieren, während im Wesentlichen hochmolekulargewichtige Teile der Stärkegrundlage beibehalten werden, um Einkapselungseigenschaften bereitzustellen. Die in der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Enzyme umfassen demnach, sind aber nicht beschränkt auf, β-Amylase, Glucoamylase, Maltogenase, Pullulanase, Exo-alpha-1,4-glucosidase, Exo-1,4-alpha-D-glucan-Matotetrahydrolase, und exo-1,4-alpha-D-Glucan-Maltohexahydrolase, insbesondere β-Amylase, Glucoamylase.
Die enzymatische Hydrolyse der Stärkegrundlage wird unter Verwendung von fachbekannten Techniken durchgeführt. Die Menge an Enzym ist vom Enzym, d.h. dem Typ, der Quelle und der Aktivität, und dem Basismaterial, das verwendet wird, wie auch vom gewünschten Hydrolysegrad, abhängig. Typischerweise wird das Enzym in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 1,0%, insbesondere von etwa 0,01 bis 0,3 Gew.-% der Stärke eingesetzt.
Die optimalen Parameter für die Enzymaktivität werden in Abhängigkeit von dem verwendeten Enzym variieren. Die Rate des enzymatischen Abbaus hängt von Faktoren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, einschließlich dem verwendeten Enzymtyp, der Enzymkonzentration, der Substratkonzentration, dem pH, der Temperatur, dem Vorliegen oder der Abwesenheit von Inhibitoren und dem Grad und dem Typ der Modifikation, ab. Diese Parameter können eingestellt werden, um die Verdaurate der Stärkegrundlage zu optimieren.
Die Stärke kann vor einer enzymatischen Hydrolyse gelatiniert werden. Der Gelatinierungsprozess entfaltet die Stärkemoleküle aus der körnigen Struktur, wodurch ermöglicht wird, dass das Enzym die Stärkemoleküle einfacher und gleichmäßig abbaut.
Im Allgemeinen wird die enzymatische Behandlung in einer wässrigen oder gepufferten Aufschlämmung bei einer Stärkefeststoffkonzentration von etwa 10 bis etwa 40%, und zwar in Abhängigkeit von der Stärkegrundlage, die behandelt wird, durchgeführt. Eine Feststoffkonzentration von etwa 15 bis 35% ist besonders nützlich, von etwa 18 bis 25% ist in der vorliegenden Erfindung noch nützlicher. Alternativ kann das Verfahren ein Enzym nutzen, das auf einem festen Träger immobilisiert ist.
Typischerweise wird der Enzymabbau bei dem höchsten Feststoffgehalt durchgeführt, der machbar ist, ohne die Reaktionsraten zu verringern, um so eine gewünschte anschließende Trocknung der Stärkezusammensetzung zu erleichtern. Reaktionsraten können durch einen hohen Feststoffgehalt verringert werden, da ein Rühren schwierig oder unwirksam wird und die Stärkedispersion schwerer zu handhaben wird.
Der pH und die Temperatur der Aufschlämmung sollten eingestellt werden, um eine wirksame enzymatische Hydrolyse bereitzustellen. Diese Parameter hängen von dem zu verwendenden Enzym ab und sind auf dem Fachgebiet bekannt. Im Allgemeinen wird eine Temperatur von etwa 22 bis etwa 65°C, insbesondere von etwa 50 bis etwa 62°C verwendet. Im Allgemeinen wird der pH auf etwa 3,5 bis etwa 7,5, insbesondere von etwa 4,0 bis etwa 6,0 unter Verwendung von Techniken, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, eingestellt.
Die enzymatische Reaktion wird fortgesetzt, bis ein Dextroseäquivalent von 20 bis 50 erreicht ist oder bis der gewünschte Endpunkt (d.h. ein genügender Abbau, um die gewünschte Funktionalität für die besondere Anwendung bereitzustellen) erreicht wurde. Der Endpunkt kann durch eine Änderung in der Viskosität, durch Verringerung des Zuckergehalts (z.B. gemessen durch Dextroseäquivalente) oder durch jedes andere bekannte Verfahren zur Messung des Levels des enzymatischen Abbaus des Stärkemoleküls bestimmt werden. Im Allgemeinen wird die enzymatische Reaktion von etwa 0,1 bis etwa 24 Stunden, insbesondere etwa 0,5 bis etwa 4 Stunden, beanspruchen. Die Zeit der Reaktion hängt von dem Typ der Stärke und dem Enzym, die verwendet werden, der verwendeten Enzymmenge und den Reaktionsparametern wie prozentualer Feststoffgehalt, pH und Temperatur, ab.
Der enzymatische Abbau wird dann durch eine beliebige Technik, die auf dem Fachgebiet bekannt ist, beendet, z.B. Säuren- oder Basen-Desaktivierung, Hitze-Desaktivierung, Ionenaustausch und Lösungsmittelextraktion. Beispielsweise kann eine Säuredesaktivierung durch Einstellung des pH auf niedriger als 2,0 für wenigstens 30 Minuten durchgeführt werden, oder eine Hitze-Desaktivierung kann durch Erhöhen der Temperatur auf etwa 85 bis etwa 95°C und Halten bei dieser Temperatur für wenigstens etwa 10 Minuten, um das Enzym vollständig zu desaktivieren, durchgeführt werden. Eine Hitze-Desaktivierung ist nicht geeignet, wenn ein granuläres Produkt gewünscht wird, da die zur Desaktivierung des Enzyms notwendige Hitze im Allgemeinen auch die Stärke gelatinieren wird.
Die resultierende Lösung wird typischerweise entsprechend ihrer Endverwendung auf den gewünschten pH eingestellt. Im Allgemeinen wird der pH auf etwa 5,0 bis etwa 7,5, insbesondere etwa 6,0 bis etwa 7,0, eingestellt, wobei fachbekannt Techniken eingesetzt werden. Die modifizierte Stärke wird dann typischerweise unter Verwendung von fachbekannten Verfahren getrocknet, insbesondere durch Pulltrocknung. Allerdings kann die Stärke auch als flüssiges Konzentrat verwendet werden.
Die resultierende Stärke wird durch eine relativ niedrige Viskosität, ein moderat hohes Dextroseäquivalent, neutralen Geschmack und durch ihre einzigartige Funktionalität als Einkapselungsmittel charakterisiert.
Die Viskosität der resultierenden Stärke sollte weniger als etwa 30 Sekunden sein, insbesondere von etwa 8 bis etwa 25 Sekunden, bevorzugter etwa 8 bis etwa 15 Sekunden sein, wie die Viskosität durch das Trichterverfahren gemessen wird. Die Viskosität ist ein wichtiger Parameter, der zu einer effizienten Einkapselung beiträgt.
Um die Viskosität der Stärke durch das Trichterverfahren zu messen, wird die zu testende Stärkedispersion auf 19% oder 25% (G/G), gemessen mit einem Refraktometer, eingestellt. Die Temperatur der Dispersion wird auf 22°C kontrolliert. Insgesamt 100 ml der Stärkedispersion werden in einem Messzylinder abgemessen. Sie wird dann in einen geeichten Trichter gegossen, während ein Finger die Öffnung verschließt. Eine kleine Menge wird in den Messzylinder fließen gelassen, um eingeschlossene Luft zu entfernen, und der Rest wird zurück in den Trichter gegossen. Der Messzylinder wird dann über dem Trichter umgekehrt, so dass sein Inhalt in den Trichter fließt, wenn die Probe läuft. Unter Verwendung einer Zeitmessuhr wird die Zeit aufgezeichnet, die erforderlich ist, damit 100 ml Probe durch den Apex des Trichters fließen.
Der Glasteil des Trichters ist ein dickwandiger Hartglastrichter mit 58°, dessen oberer Durchmesser etwa 9 bis etwa 10 cm ist und dessen Innendurchmesser des Stils etwa 0,381 cm ist. Der Glasstil des Trichters wird auf eine ungefähre Länge von 2,86 cm ab dem Apex geschnitten, vorsichtig feuerpoliert und wieder mit einer langen Stainless Steel-Spitze versehen, die etwa 5,08 cm lang ist und einen Außendurchmesser von etwa 0,9525 cm hat. Der innere Durchmesser der Stahlspitze ist etwa 0,5952 cm am oberen Ende, wo sie an dem Glasstil befestigt ist, und etwa 0,4445 cm am Ausflussende mit einer Einengung in der Breite, die bei etwa 2,54 cm ab den Enden auftritt. Die Stahlspitze wird mit Hilfe eines Teflonschlauchs an dem Glastrichter befestigt. Der Trichter ist so geeicht, dass er unter Verwendung des obigen Verfahrens 100 ml Wasser in 6 Sekunden durchlaufen lässt.
Die resultierende Stärke sollte ein Dextroseäquivalent (DE) von 20 bis 50 haben. Wenn Glucoamylase verwendet wird, um die derivatisierte Stärke zu hydrolysieren, ist das DE insbesondere von etwa 30 bis etwa 50. Wenn β-Amylase verwendet wird, ist das DE insbesondere von etwa 20 bis etwa 50, bevorzugter von etwa 25 bis etwa 38. Das Dextroseäquivalent (DE) ist als das Reduktionsvermögen des Hydrolysats definiert. Jedes Stärkemolekül hat ein reduzierendes Ende: Daher steht DE in umgekehrter Beziehung mit dem Molekulargewicht. Der DE-Wert von wasserfreier D-Glucose ist als 100 definiert und der DE von nicht hydrolysierter Stärke ist praktisch Null.
Alternativ kann die derivatisierte Stärke mit Zuckern, z.B. Mono-, Di- oder Oligosacchariden oder Maltodextrinen vermischt werden, anstatt die Zucker in situ zu produzieren. Die Mono-, Di- und Oligosaccharide enthalten alle Saccharide von bis zu etwa 10 Glucoseeinheiten, insbesondere solche mit etwa bis zu drei Glucoseeinheiten, z.B. Glucose, Fructose, Galaktose, Maltose, Isomaltose, Saccharose, Laktose, Raffinose, Stachiose, Fructosylsaccharose und Maltooligosaccharide, insbesondere Glucose, Fructose und Maltose. Die Maltodextrine umfassen solche mit einem Dextroseäquivalent von etwa 2 bis etwa 50, insbesondere von etwa 5 bis etwa 15.
Die resultierende Stärke/Zucker-Mischung sollte einen relativ hohen Prozentgehalt an Zuckern, gemessen als Glucose, von wenigstens etwa 20 und bis zu etwa 80 Gew.-%, insbesondere von etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% Zucker haben.
Die resultierenden Stärken (oder Stärke/Zucker-Mischungen) haben, wenn sie als Einkapselungsmittel verwendet werden, die Vorteile der Erreichung und Aufrechterhaltung konsistent hoher Beladungslevel, geringer Ölexposition und ausgezeichneter Oxidationsbeständigkeit.
Die aktiven Agenzien können unter Verwendung der modifizierten Stärken der vorliegenden Erfindung und unter Verwendung von Techniken, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Sprühtrocknung, Extrusion, Sprühkühlung und Wirbelbettbeschichtung, eingekapselt werden. Beispielsweise kann die Stärke in Wasser dispergiert werden, das aktive Agens kann zugesetzt und emulgiert werden und die Emulsion kann dann unter Bildung des eingekapselten Produktes sprühgetrocknet werden.
Wenn eine Stärke/Zucker-Mischung verwendet wird, können die Sprühtrocknungseffizienzien infolge der hohen Viskosität des Systems und größerer Trocknerabscheidungen, insbesondere wenn Monosaccharide verwendet werden, verringert werden. Sprüheffizienzien können durch Verfahren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, erhöht werden, z.B. unter Verwendung von hohen Trocknungstürmen, leichtes Ölen der Kammerwände oder unter Verwendung vorkonditionierter Luft, in der die Feuchtigkeit im Wesentlichen entfernt wurde.
Das aktive Agens kann eine beliebige Substanz sein, die nicht mit dem Stärkesystem reagieren wird, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Öle, Fette, Aromastoffe, Färbemittel, Riechstoffe, Vitamine und Pharmazeutika. Die modifizierte Stärke der vorliegenden Erfindung ist insbesondere zur Einkapselung von aktiven Agenzien auf Ölbasis, z.B. Aromaöle und Vitamine, nützlich. Diese Öle können flüchtig oder nicht flüchtig sein und werden im Allgemeinen dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Wasser nicht mischbar, aber in Wasser in Gegenwart eines Einkapselungsmittels dispergierbar (emulgierbar) sind.
Das eingekapselte Produkt, das mit den vorliegenden Einkapselungsmitteln hergestellt wird, erreicht konsistent einen relativ hohen Beladungslevel an aktivem Agens und hält ihn aufrecht. Der Beladungslevel des aktiven Agenses, der verwirklicht wird, kann höher als 40%, insbesondere höher als 50%, bevorzugter höher als 60 Gew.-% des Einkapselungsmittels sein. Die Konzentration des aktiven Agenses, die beibehalten wird, kann durch Verfahren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, bestimmt werden, z.B. Hydrodestillation und Lösungsmittelextraktion im Fall von Aromaölen oder durch Lösungsmittelextraktion allein im Fall von Vitaminen.
Eine hohe Beladungskonzentration des aktiven Agenses ist wünschenswert, um die Kosten zur Herstellung des Endproduktes zu verringern, da Einkapselungsmittel oft teuer sind. Darüber hinaus können einige Einkapselungsmittel ungünstige oder unerwünschte Eigenschaften zu dem Endsystem beitragen und somit ist es wünschenswert, die verwendete Menge an Einkapselungsmittel zu reduzieren.
Die Beladung des Einkapselungsmittels kann in einigen Fällen durch Bearbeitung der Endverwendungsform begrenzt werden. In einer direkten Verpressungstablette kann z.B. die Beladung begrenzt werden, da hohe Komprimierungskräfte in einem Auslecken des eingekapselten Öls, einer Verringerung der Härte der resultierenden Tablette und einer Verringerung der Oxidationsbeständigkeit resultieren können.
Es ist wichtig, nicht nur eine hohe Beladung an aktivem Agens zu erreichen, sondern auch, diese aufrecht zu erhalten, um eine längere Gebrauchsdauer zu ermöglichen. Viele aktive Agenzien sind flüchtig oder labil, insbesondere Aromastoffe und Riechstoffe. Wenn die aktiven Agenzien nicht eingekapselt sind, können sie verloren gehen, was unerwünschte Schwankungen in Geschmack und Aroma der Endprodukte, wie sie vom Konsumenten wahrgenommen werden, erzeugt. Außerdem erhöhen Verluste an solchen Komponenten die Kosten der Endprodukte, da es notwendig ist, die Menge der flüchtigen/labilen Komponente bezüglich der Verluste, die auftreten, auszugleichen, und viele sind teuer.
Im Fall von Öl als aktivem Agens behalten die erfindungsgemäßen Einkapselungsmittel das Öl bei, so dass sie geringes Oberflächenöl liefern. Dies gilt insbesondere, wenn Glucoamylase verwendet wird, um die Stärke enzymatisch zu hydrolysieren. Das Oberflächenöl kann durch Verfahren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, gemessen werden, z.B. durch Waschen des eingekapselten Pulvers mit einem geeigneten Lösungsmittel. Eine Verringerung des Oberflächenöls ist wichtig, da erhöhtes Oberflächenöl anzeigt, dass die Beladung des aktiven Agenses nicht aufrecht erhalten wird, und sie zeigt die Ineffizienz der Einkapselung an. Demnach resultiert eine Verringerung des Oberflächenöls in einer längeren Gebrauchsfähigkeitsdauer.
Die erfindungsgemäßen Einkapselungsmittel stellen auch einen relativ hohen Level der Oxidationsbeständigkeit bereit, wodurch die Lagerungsstabilität des eingekapselten Produktes und die Gebrauchsfähigkeitsdauer des Endproduktes verlängert werden. Eine Oxidationsbeständigkeit kann durch Verfahren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, gemessen werden. Beispielsweise kann die Oxidationsbeständigkeit von Einkapselungsmitteln, die Citrusöl enthalten, unter Verwendung von Gaschromoatographie (GC) bestimmt werden, um die Menge an Oxidationsprodukten von Limonen, z.B. Carvon, Carviol oder Limonenoxid, zu messen, die in dem Öl vorliegen, das aus Pulvern extrahiert wurde, die für zwei Wochen bei 50°C gealtert wurden: Weniger als etwa 0,8% Carvon zeigt typischerweise akzeptable Oxidationslevel an. Oxidationsbeständigkeit ist nicht nur für Aromabetrachtungen des Öls wichtig, sondern auch, um die Aktivität verschiedener Vitamine aufrechtzuerhalten. Um die Oxidationsbeständigkeit weiter zu erhöhen, kann dem Öl ein Antioxidans zugesetzt werden.
Das eingekapselte Produkt ist wirksam, wenn es als Pulver gelagert wird, und setzt das aktive Agens spontan frei, wenn es Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Das resultierende eingekapselte Produkt kann bei einem beliebigen Level verwendet werden, der in Nahrungsmittelprodukten gewünscht wird, wobei die Menge von der Menge des einzuarbeitenden aktiven Agenses abhängt. Im Allgemeinen wird die Stärke in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 10 Gew.-%, insbesondere von etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% des Nahrungsmittelproduktes eingesetzt werden.
Die resultierende Stärke kann in verschiedenen Nahrungsmittelprodukten verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Getreide; pulverförmige Trinkmischungen; Instantkaffees und -tees; pulverförmige Soßen- und Bratensaftmischungen; Instantsuppen; Cerealien; pulverförmige Dressings; Backprodukte; Aromastoffe; Riechstoffe; Färbemittel und andere trockene Nahrungsmittelprodukte. Bei Zubereitung dieser pulverförmigen und Instant-Produkte löst die Feuchtigkeit den Freisetzungsmechanismus aus, der das aktive Agens dem Konsumenten präsentiert.
Die resultierende Stärke kann auch in einer Vielzahl von Pharmazeutika eingesetzt werden; diese umfassen Vitamine; Körperpflegeprodukte, einschließlich Antipersperanzien, Deodorants, Seifen, Riechstoffe und Kosmetika; Haarpflegeprodukte, z.B. Haarsprays, Schäume, Shampoos, Cremespülungen und Gele; Papierprodukte, z.B. Windeln, Damenbinden, Papierhandtücher, Gewebe, Toilettenpapier; Tierpflegeprodukte, z.B. Katzenstreu; und Haushaltsprodukte wie Teppichreiniger und Lufterfrischer ein.
Das eingekapselte Produkt kann auch in einer festen tablettenartigen Form für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Reinigungsmitteln, Nahrungsmitteln und Getränke, Badeöle, landwirtschaftliche Produkte und Pharmazeutika, verwendet werden. Die eingekapselten Produkte sind für pharmazeutische Tablette, einschließlich Brausetabletten, besonders geeignet.
Das eingekapselte Produkt kann im Allgemeinen in der gewünschten Konzentration bzw. bei dem gewünschten Level eingesetzt werden, wobei die Menge von der Menge des einzuarbeitenden aktiven Agenses, der gewünschten Härte der Tablette und der gewünschten Oxidationsbeständigkeit abhängt. Im Allgemeinen wird das eingekapselte Produkt in einer Menge von etwa 1 bis etwa 95 Gew.-% der Tablette verwendet, was es möglich macht, dass das aktive Agens in einer Menge von etwa 1 bis etwa 60 Gew.-%, insbesondere von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% der Tablette eingearbeitet wird.
Das eingekapselte Produkt ist in einer verpressten Tablette besonders nützlich. Die verpresste Tablette kann unter Anwendung eines beliebigen fachbekannten Verfahrens hergestellt werden, insbesondere durch direktes Verpressen der Tablettenkomponenten. Alternativ kann die Tablette hergestellt werden, indem das eingekapselte Produkt mit den anderen Komponenten der Formulierung trocken vermischt wird, das Gemisch z.B. durch Wirbelbetttechnologie, Walzenkompaktor, Extrusion oder Hochschergranulator granuliert wird und trocken zu einer Tablette verpresst wird.
Pharmazeutische Exzipientien, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, können zu der pharmazeutischen Dosierungsform gegeben werden, um der Formulierung zufriedenstellende Verarbeitungs-, Komprimierungs- und Zerfallseigenschaften zu verleihen. Solche Exzipientien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Verdünnungsmittel, Fließverstärker, Bindemittel, Gleitmittel und Schmiermittel, Zerfallsmittel, Färbemittel, Aromamittel und Süßungsmittel. Diese Exzipientien sind auf dem Fachgebiet gut bekannt und werden nur durch die Kompatibilität und die gewünschten Merkmale beschränkt.
Bindemittel für die vorliegende Erfindung umfassen Gelatine, mikrokristalline Cellulose, Zucker, Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Polyvinylpyrrolidon, Acacia, Alginsäure, Guargummi, Hydroxypropylmethlycellulose, Polyethylenoxid und Ethylcellulose.
Schmiermittel und Gleitmittel umfassen Talk, Magnesiumstearat, Calciumstearat, Stearinsäure, Glycerylbihenat, Mineralöl, Polyethylenglycol, Natriumstearylfumarat, Stearinsäure, Pflanzenöl, Zinkstearat und Siliziumdioxid.
Zerfallsmittel, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen Stärken, Algine, Gummen, Croscarmelose, Crospovidon, Natriumstärkeglycolat, Natriumlaurylsulfat, mikrokristalline Cellulose, Polacrilinkalium und Methylcellulose.
Verdünnungsmittel, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen Dicalciumphosphat, Calciumsulfat, Laktose, Cellulose, Kaolin, Mannit, Natriumchlorid, Stärke, Zucker, Calciumkarbonat, Calciumphosphat, Dextrate, Dextrin, Dextrose, Fructose, Sorbit, Saccharose, und mikrokristalline Cellulose.
Es wird insbesondere ein Bindemittel zu der Tablettenformulierung gegeben, um eine Tablette mit der gewünschten Härte bereitzustellen. Im Allgemeinen ist die Härte der resultierenden Tablette wenigstens etwa 3, insbesondere wenigstens etwa 4, am bevorzugtesten wenigstens etwa 6 Kilopascal (kP).
Wenn das gewünschte Endprodukt eine andere als eine pharmazeutische Dosierungsform ist, können alternative Additive, die auf diesen Gebieten bekannt sind, vorliegen, z.B. Aromastoffe und Riechstoffe in einer Badeöltablette oder oberflächenaktive Mittel in einer Reinigungstablette.
Bei Kontakt mit Wasser löst die Feuchtigkeit den Freisetzungsmechanismus aus, der es ermöglicht, dass das aktive Agens aus der Einkapselungsstärke freigesetzt wird. Bei Verdau der pharmazeutischen Dosierungsformen beispielsweise wird das aktive Agens in den Körper freigesetzt.
Die weiteren Beispiele werden präsentiert, um die vorliegende Erfindung weiter zu veranschaulichen und zu erläutern und sollten in keinerlei Hinsicht als beschränkend genommen werden. Die folgenden analytischen Tests wurden verwendet, um verschiedene Parameter in den Beispielen zu messen.
Bestimmung der Dextroseäquivalente (DE)
Das Dextroseäquivalent von Stärke kann unter Verwendung des Tests auf reduzierende Zucker bestimmt werden, der in Food Chemicals Codex, 4. Aufl., 1. Juli 1996, Abschnitt 5, Allgemeine Tests und Assays, Appendix X: Kohlenhydrate (Stärken, Zucker und verwandte Substanzen) oder Standardanalyseverfahren Nr. E-26 für Dextroseäquivalent von der Corn Refiners Association beschrieben ist.
Analyse der Oxidationsbeständigkeit
Zwanzig (20) Gramm des modifizierten Stärkepulvers, lose gefüllt, wurden in einen Einliterkolben mit einem Pulver-zu-Luft-Verhältnis von 1:25 gegeben. Der Kolben wurde dicht mit Teflon verschlossen. Die Probe wurde für zwei Wochen in einen Ofen mit 50°C gestellt.
Das Öl wurde dann unter Verwendung einer Hydrodestillation destilliert. Das destillierte Öl wurde dann unter Verwendung der Gaschromatographie für frische (Limonin) und oxidierte (Carvon) Komponenten analysiert.
Oberflächenöl-Analyse
Das nichtverkapselte Öl, das an der Oberfläche der Partikel vorliegt, wird wiederholt unter Verwendung von organischen Lösungsmitteln, z.B. Pentan, extrahiert, um das gesamte Oberflächenöl zu entfernen, und das extrahierte Öl wird quantitativ bestimmt, wobei Gaschromatographietechniken, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, angewendet werden.
Analyse auf Ölretention (Beladung)
Um die Ölretention des eingekapselten Produktes zu bestimmen, wurden 15 Gramm des sprühgetrockneten, eingekapselten Öls und 150 ml destilliertes Wasser vermischt, um die Emulsion wiederherzustellen. Die Emulsion wurde unter Rückfluss erhitzt und für vier Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Das Gemisch wurde dann abgekühlt und das abgetrennte Öl wurde entfernt und gewogen.
Beispiel 1 – Herstellung der derivatisierten Stärke
500 Gramm Wachsmaisstärke wurden in 750 ml Wasser aufgeschlämmt. Der pH wurde unter Verwendung von 3%-igem Natriumhydroxid auf 7,5 eingestellt. 15 Gramm Octenylbernsteinsäureanhydrid (OSA) wurden in Ein-Drittel-Inkrementen alle dreißig Minuten zugesetzt, während der pH unter Verwendung von 3%-igem Natriumhydroxid bei 7,5 und konstantem Rühren gehalten wurde. Die Stärke wurde dann abfiltriert und mit 750 ml Wasser gewaschen. Die Stärke wurde dann in 500 ml Wasser wieder aufgeschlämmt und der pH wurde mit 3:1 Salzsäure auf 5,5 eingestellt. Die Stärke wurde dann filtriert, mit 750 ml Wasser gewaschen und luftgetrocknet, wodurch eine OSA-Stärke produziert wurde.
Beispiel 2 – Herstellung der modifizierten Stärke
a. Verwendung von Glucoamylase
100 Gramm der OSA-Stärke von Beispiel 1 wurden in 300 ml Wasser aufgeschlämmt und der pH wurde unter Verwendung von verdünnter Salzsäure auf 5,5 eingestellt. Die Aufschlämmung wurde durch Strahlkochen in einem C1-339-Strahlkocher, im Handel erhältlich von National Starch and Chemical Company, bei 330°F und bei einem Kammerdruck von 55 psi und bei einer Aufschlämmungsrate von 6 ml/min mit einem Dampfventil, das zu 75% Kapazität geöffnet war, gelatiniert.
Die Temperatur der Stärkelösung wurde dann auf 55°C gesenkt. 0,05% Glucoamylase (AMG 200 L, im Handel verfügbar von Novo Nordisk), bezogen auf das Gewicht der Stärke, wurde zugesetzt und die Reaktion wurde bei 55°C bei konstantem Mischen für etwa 2,5 Stunden ablaufen gelassen, bis ein Dextroseäquivalent von 36 und eine Viskosität von 17 s bei 25% Feststoffen und 22°C unter Verwendung des Trichterverfahrens erhalten wurde. Das Enzym wurde dann durch Erhitzen der Dispersion auf 90°C und Halten der erhöhten Temperatur für 30 Minuten desaktiviert. Die Dispersion wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt und unter Verwendung einer Einlasstemperatur von 200°C, einer Auslasstemperatur von 100°C und einer Beschickungsrate von 65 ml/min sprühgetrocknet.
b. Verwendung von β-Amylase
100 Gramm der OSA-Stärke von Beispiel 1 wurden in 300 ml Wasser aufgeschlämmt und der pH wurde unter Verwendung von verdünnter Salzsäure auf 5,5 eingestellt. Die Aufschlämmung wurde durch Strahlkochen in einem C1-339-Strahlkocher, im Handel erhältlich von National Starch and Chemical Company, bei 300°F bei einem Kammerdruck von 55 psi und einer Aufschlämmungsrate von 6 ml/min bei einer Dampfventilöffnung bei 75% Kapazität gelatiniert.
Die Temperatur der Stärkelösung wurde dann auf 55°C gesenkt. 0,2% β-Amylase (Spezyme BBA 1500, im Handel erhältlich von Genencor), bezogen auf das Gewicht der Stärke, wurden zugesetzt und die Reaktion wurde bei 55°C unter konstantem Mischen für etwa 4 Stunden ablaufen gelassen, bis ein Dextroseäquivalent von 36 und eine Viskosität von 17 s bei 25% Feststoffen und 22°C unter Verwendung der Trichtermethode erhalten wurde. Das Enzym wurde dann durch Erhitzen der Dispersion auf 90°C und Halten der erhöhten Temperatur für 30 Minuten desaktiviert. Die Dispersion wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt und sprühgetrocknet, wobei eine Einlasstemperatur von 200°C, eine Auslasstemperatur von 100°C und eine Beschickungsrate von 65 ml/min verwendet wurden.
c. Verwendung einer Kombination aus β-Amylase und Pullulanase
100 Gramm der OSA-Stärke von Beispiel 1 wurden in 300 ml Wasser aufgeschlämmt und der pH wurde unter Verwendung von verdünnter Salzsäure auf 5,25 eingestellt. Die Aufschlämmung wurde durch Strahlkochen in einem C1-339-Strahlkocher, der im Handel von National Starch and Chemical Company verfügbar ist, bei 290°F bei einem Kammerdruck von 40 psi und einer Aufschlämmungsrate von 3,5 ml/min bei einer Dampfventilöffnung von 75% Kapazität gelatiniert.
Die Temperatur der Stärkelösung wurde dann auf 58°C gesenkt. 5,0 Gew.-% Pullulanase (Promozyme, im Handel verfügbar von Novo), bezogen auf die Stärke, wurden zugesetzt und für etwa 18 Stunden bei konstantem Mischen reagieren gelassen. Dann wurde 0,1 β-Amylase (Spezyme BBA 1500, im Handel verfügbar von Genencor), bezogen auf das Gewicht der Stärke, zugesetzt und die Reaktion wurde bei 58°C bei konstantem Mischen für etwa 2,5 Stunden ablaufen gelassen, bis ein Dextroseäquivalent von 32 und eine Viskosität von 14 s bei 25% Feststoffen und 22°C unter Verwendung des Trichterverfahrens erreicht waren. Die Enzyme wurden dann durch Erhitzen der Dispersion auf 95°C und Halten der erhöhten Temperatur für 30 Minuten desaktiviert. Die Dispersion wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt und unter Verwendung einer Einlasstemperatur von 200°C, einer Auslasstemperatur von 100°C und einer Beschickungsrate von 65 ml/min sprühgetrocknet.
Beispiel 3 – Einkapselung von Orangenöl mit 40% Beladung
240 Gramm der modifizierten Stärke, die in Beispiel 2b hergestellt worden war, wurden in 600 ml in einer Hochdispersionsmühle dispergiert. Die Temperatur wurde auf 60°C erhöht, bis die Stärkeauflösung vollständig erschien, und dann auf 40°C gesenkt. 160 Gramm eines einzelnen gepressten Orangenöls, im Handel erhältlich von Givaudan-Roure, wurde zugesetzt und bei einer hohen Geschwindigkeit für etwa 3 Minuten emulgiert. Die Viskosität der Emulsion wurde unter Verwendung eines Brookfield-Viskosimeters, Modell 1+, unter Verwendung eines kleinen Probenadaptors mit der Spindelnummer 18 mit 85 cps bei 40°C gestemmt. Die Emulsion wurde zu einem Pulver sprühgetrocknet.
Das resultierende eingekapselte Orangenöl hielt 38% Öl, bezogen auf das Gewicht des Produktes, zurück, eine 95%-ige Einkapselung des Öls wurde in dem System verwende; das Oberflächenöl (extrahierbares Öl) war 0,3%; es wurde festgestellt, dass die Oxidation nach Alterung bei einem akzeptablen Level war, 0,8% Carvon; die Feuchtigkeit des Produktes war 1,9%, bestimmt durch das Karl-Fischer-Verfahren.
Beispiel 4 – Herstellung einer Orangendrink-Mischung
Die Ingredienzien wurden trocken gemischt, um eine pulverförmige Orangendrink-Mischung herzustellen. 11,51 Gramm der Mischung wurden mit 88,5 ml Wasser rekonstituiert, um einen Orangendrink mit reinem Geschmack zu produzieren, der frei von oxidierten Aromen war.
Beispiel 5 – Einkapselung von Vitamin E

a. 165 Gramm der Stärke von Beispiel 2b wurden in 670 Gramm Wasser in einer Hochdispersionsmühle dispergiert. Die Temperatur wurde auf 60°C erhöht, bis die Stärkeauflösung vollständig erschien und sie wurde dann auf 40°C gesenkt. 165 Gramm Vitamin E wurden zugesetzt und bei hoher Geschwindigkeit für etwa 3 Minuten emulgiert. Die Emulsion wurde zu einem Pulver sprühgetrocknet, welches 50% von 1000 IU Vitamin E enthielt.
b. Beispiel 5 wurde unter Verwendung der Stärke von Beispiel 2a wiederholt.
c. Beispiel 5 wurde unter Verwendung einer Fisch-Gelatine ohne Ausblühung wiederholt.
d. Beispiel 5a wurde unter Verwendung von CAPSUL^®-Stärke, einer Einkapselungsstärke, die von National Starch and Chemical Company in Bridgewater, New Jersey, im Handel erhältlich ist, wiederholt.

Beispiel 6 – Verwendung der modifizierten Stärke in einer Vitamin E-Tablette.
Das eingekapselte Vitamin E von Beispiel 5a wurde zu verpressten Tabletten verarbeitet.

¹ Magnesiumsteart ist von Witco im Handel erhältlich.
² amorphes hochdisperses Siliziumdioxid ist im Handel unter der Handelsbezeichnung Cab-O-Sil M5 P von Cabot erhältlich.
³ mikrokristalline Cellulose ist unter der Handelsbezeichnung Avicel PH102 von FMC im Handel erhältlich.

Die Ingredienzien wurden trocken vermischt, 500 mg-Portionen wurden abgewogen und in die Presse gefüllt, um Tabletten unter Verwendung einer Riva Piccola 10-Station-Presse im Labormaßstab mit einer Kraft von 600, 1500 und 5900 Pfund zu formen.
Die Härte dieser Tabletten wurde unter Verwendung eines Pharmatron Modells 6d-Tablettentesters getestet und der Zerfall wurde unter Verwendung eines Erweka ZT71-Zerfalltestgeräts getestet. Die Resultate sind unten in Tabelle I aufgelistet.
Tabelle I
Wie aus Tabelle I zu ersehen ist, liefert die Einkapselungsstärke der vorliegenden Erfindung eine gute Verpressbarkeit und eine geeignete Tablettenherstellung.
Beispiel 7 – Verwendung der modifizierten Stärke für Vitamin E-Tabletten
Beispiel 6 wurde unter Verwendung der folgenden Formulierung wiederholt:

a. Das eingekapselte Vitamin E von Beispiel 5a wurde verwendet. Die Resultate sind unten in Tabelle II aufgelistet.
b. Das eingekapselte Vitamin E von Beispiel 5b wurde verwendet. Die Resultate sind unten in Tabelle II aufgelistet.
c. Das eingekapselte Vitamin E von Beispiel 5c wurde verwendet. Die Resultate sind unten in Tabelle II aufgelistet.
d. Das eingekapselte Vitamin E von Beispiel 5d wurde verwendet. Die Resultate sind unten in Tabelle II aufgelistet.

Tabelle II
Wie aus Tabelle II zu ersehen ist, liefern die Einkapselungsstärken der vorliegenden Erfindung gute Verpressbarkeit und geeignete Tablettenhärte. In vielen Fällen war die vorliegende Erfindung mit der Standardgelatine wenigstens vergleichbar. Außerdem können verschiedene Härten erreicht werden, indem die Formulierung und die Kompressionskraft bzw. Verpresskraft variiert werden.
Beispiel 8 – Verwendung der modifizierten Stärke in einer Vitamin E-Tablette
Beispiel 6 wurde unter Verwendung der folgenden Formulierung wiederholt:

a. Das eingekapselte Vitamin E von Beispiel 5a wurde verwendet. Die Resultate sind unten in Tabelle III aufgelistet.
b. Das eingekapselte Vitamin E von Beispiel 5b wurde verwendet. Die Resultate sind unten in Tabelle III aufgelistet.
c. Das eingekapselte Vitamin E von Beispiel 5c wurde verwendet. Die Resultate sind unten in Tabelle III aufgelistet.
d. Das eingekapselte Vitamin E von Beispiel 5d wurde verwendet. Die Resultate sind unten in Tabelle III aufgelistet.

Tabelle III
Wie aus Tabelle III zu ersehen ist, liefern die Einkapselungsstärken der vorliegenden Erfindung eine gute Verpressbarkeit und eine geeignete Tablettenhärte. In vielen Fällen war die vorliegende Erfindung mit der Standardgelatine wenigstens vergleichbar.
Außerdem können unterschiedliche Härten erreicht werden, indem die Formulierung und die Kompressionskraft variiert werden.
Beispiel 9 – Herstellung einer Orangenöl-Tablette und ihre Oxidationsbeständigkeit
500 mg-Portionen des eingekapselten Orangenöls von Beispiel 3 wurden abgewogen und in die Presse gefüllt, um Tabletten zu formen; dabei wurde eine Riva Piccola 10-Stationslaborpresse mit 2500 Pfund Kraft verwendet.
Die Oxidationsbeständigkeit der Tablette wurde getestet, indem 100 mg der Tablette in 2 ml Wasser reemulgiert wurden. Die Proben wurden unter Verwendung eines statischen Kopfraum-GC/FID analysiert, um die Konzentration an Komponenten zu bestimmen, die für die Limonen (Orangenöl)-Oxidation Indikativ ist. Die Resultate sind unten in Tabelle IV gezeigt.
Wie aus Tabelle IV zu ersehen ist, war die Oxidation des tablettierten Orangenöls niedrig, was zeigt, dass die Einkapselungsstärke ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit in einer Tablette bereitstellt.
Beispiel 10 – Herstellung eines derivatisierte Stärke/Zucker-Gemisches

a. 660 Gramm einer OSA-derivatisierten Stärke, die wie in Beispiel 1 hergestellt worden war, wurden mit 400 Gramm Glucose vermischt.
b. Eine in kaltem Wasser lösliche, mildsäureabgebaute OSA-Stärke wurde unter Verwendung der Stärke von Beispiels 1, Hydrolysieren unter Verwendung von Säure zu einer Fluidität von etwa 60 und Sprühtrocknung der Stärke hergestellt. 600 Gramm dieser Stärke wurden mit 400 Gramm Glucose vermischt.
c. 500 Gramm der Stärke, die wie in Beispiel 10b hergestellt worden war, wurden mit 500 Gramm Maltose vermischt.
d. 340 Gramm einer OSA-derivatisierten Stärke, die wie in Beispiel 1 hergestellt worden war, wurden mit 600 Gramm Maltose vermischt.
e. 550 Gramm einer OSA-derivatisierten Stärke, die wie in Beispiel 1 hergestellt worden war, wurden mit 450 Gramm Glucose vermischt.
f. 500 Gramm einer OSA-derivatisierten Stärke, die wie in Beispiel 1 hergestellt worden war, wurden mit 500 Gramm Glucose gemischt.
g. 400 Gramm einer OSA-derivatisierten Stärke, die wie in Beispiel 1 hergestellt worden war, wurden mit 600 Gramm Glucose vermischt.

Beispiel 11 – Analyse der Einkapselung
Die modifizierten Stärken und Stärke/Zucker-Mischungen wurden verwendet, um Orangenöl, wie in Beispiel 3 mit den folgenden Bedingungen/Parametern einzukapseln.
Die Resultate der Einkapselung sind unten angegeben.
Beispiel 12 – Analyse der Einkapselung
Eine Vielzahl von Glucoamylase, β-Amylase, und Pullulanase/β-Amylase OSA-Stärken wurden unter Verwendung des Verfahrens von Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Hydrolyse zu verschiedenen Graden ablaufen gelassen wurde. Die modifizierten Stärken wurden verwendet, um Orangenöl wie in Beispiel 3 einzukapseln. Die Resultate der Einkapselung sind unten angegeben.

* ist nicht Teil der Erfindung

Beispiel 13 – Herstellung und Analyse von 50% Beladung-Orangenöl
110 Gramm der derivatisierten Stärke von Beispiel 1 und 90 Gramm Glucose wurden vermischt und in 600 ml Wasser in einer Hochdispersionsmühle dispergiert. Die Temperatur wurde auf 60°C erhöht, bis die Stärke vollständig gelöst schien, und dann wurde die Temperatur auf 40°C gesenkt. 200 Gramm eines einzelnen gepressten Orangenöls, im Handel verfügbar von Givaudan-Roure, wurde zugesetzt und bei hoher Geschwindigkeit für etwa 3 Minuten emulgiert. Die Viskosität der Emulsion, wie sie unter Verwendung eines Brookfield Viskosimeters Model 1+ unter Verwendung eines kleinen Probenadaptors mit Spindel Nr. 18 bestimmt wurde, ist bei 40°C 425 cps. Die Emulsion wurde zu einem feinen Pulver sprühgetrocknet.
Das resultierende eingekapselte Orangenöl behielt 38% Öl zurück, bezogen auf das Gewicht des Produkts; es wurde eine 95%-ige Einkapselung des Öls in dem System verwendet, das Oberflächenöl (extrahierbares Öl) war 0,3%; es wurde festgestellt, dass die Oxidation nach Alterung bei einem akzeptablen Level war, 0,8% Carvon; die Feuchtigkeit des Produktes war 1,9%, bestimmt durch das Karl-Fischer-Verfahren.
Beispiel 14 – Vergleich mit anderen Einkapselungsstärken
Stärke von Beispiel 14a ist eine 50:50-Mischung von Maissirupfeststoffen und in kaltem Wasser löslicher, säureabgebauter OSA-Stärke, wobei die Stärke durch Säurehydrolyse der OSA-Stärke von Beispiel 1 zu einer Wasserfluidität von etwa 65 und danach Sprühtrocknung hergestellt wird.
Beispiel 14b ist die OSA-Stärke von Beispiel 1.
Die modifizierten Stärken wurden verwendet, um Orangenöl wie in Beispiel 3 einzukapseln. Die Resultate der Einkapselung sind wie unten beschrieben.
Es wurde kein Stabilitätstest an Beispiel 11 durchgeführt, und zwar wegen der schlechten Retention. Ein Vergleich der obigen Beispiele mit denen der Beispiele 8 und 9 zeigt die überlegene Retention und das reduzierte Oberflächenöl und die reduzierte Oxidation der erfindungsgemäßen Stärken.
Beispiel 15 – Herstellung eines Antiperspirans
Der eingekapselte Riechstoff wird durch die Methodologie von Beispiel 3 hergestellt, wobei der Riechstoff an Stelle des Orangenöls verwendet wird.
Dow Corning Fluid 344 ist Cyclomethicon, das von Dow Corning im Handel erhältlich ist.
Cyclochem EDGS ist Glycoldistearat, das im Handel von Alcolac erhältlich ist.
Arlacel 165 ist Glycerylstearat und PEG 100-Stearat, im Handel verfügbar von ICI.
Promyristyl PM3 ist PPG-3-Myristylether, im Handel verfügbar von Croda.
Crodacol S-95NF ist Stearylalkohol, im Handel erhältlich von Croda.
Rezal 36 GP Suf ist Aluminiumzirkoniumtetrachlorhydrexclycin, im Handel verfügbar von Reheis.
DRY-FLO^® PC-Stärke, eine modifizierte Nahrungsmittelstärke, die als Stäubungs- und Gleitmittel verwendet wird, ist im Handel verfügbar von National Starch and Chemical Company.
Dow Corning Fluid 344, Cyclochem EDGS, Arlacel 165 und Promyristyl PM3 werden vermischt und auf 65°C erwärmt. Crodacol S-95NF wird gründlich eingemischt. Rezal 36 GP Suf wird zugesetzt und für 10 Minuten gemischt. Die DRY-FLO^® PC-Stärke wird zugesetzt und es wird gründlich gemischt. Dann wird der eingekapselte Riechstoff zugesetzt und gründlich eingemischt. Das Gemisch wird auf 50°C gekühlt, in Formen gegossen und auf Raumtemperatur abgekühlt.

Claims

Einkapselungsmaterial, umfassend eine modifizierte Stärke, die ein Stärkederivat umfasst, das eine hydrophobe Gruppe oder sowohl eine hydrophobe als auch eine hydrophile Gruppe umfasst, die durch wenigstens ein Enzym abgebaut wurde, das fähig ist, die 1,4-Verknüpfungen des Stärkemoleküls von den nicht-reduzierenden Enden aus unter Herstellung kurzkettiger Saccharide zu spalten, um hohe Oxidationsbeständigkeit bereit zu stellen, während Teile der Stärkegrundlage mit hohem Molekulargewicht im Wesentlichen aufrecht erhalten bleiben, um Einkapselungseigenschaften bereit zu stellen, wobei die Stärke bis zu einem Dextroseäquivalent von 20 und bis zu 50 abgebaut ist.
Einkapselungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Enzym aus der Gruppe, bestehend aus β-Amylase, Glucoamylase, Pullulanase, Maltogenase, Exo-alpha-1,4-glucosidase, Exo-1,4-alpha-D-glucan-maltotetrahydrolase und Exo-1,4-alpha-D-glucan-maltahexhydrolase, ausgewählt ist.
Einkapselungsmaterial nach Anspruch 2, wobei das Enzym β-Amylase oder Glucoamylase ist.
Einkapselungsmaterial nach Anspruch 3, wobei das Enzym β-Amylase ist.
Einkapselungsmaterial nach Anspruch 4, wobei die Stärke zu einem Dextroseäquivalent von 25 bis 38 abgebaut ist.
Einkapselungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stärke eine Viskosität, gemessen durch das Trichterverfahren, von weniger als 30 Sekunden hat.
Einkapselungsmaterial nach Anspruch 6, wobei die Stärke eine Viskosität von 8 bis 25 Sekunden hat.
Einkapselungsmaterial nach Anspruch 7, wobei die Stärke eine Viskosität von 8 bis 15 Sekunden hat.
Einkapselungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Stärkederivat gelatiniert ist und die hydrophobe Gruppe eine Alkyl- oder eine Alkenyl-Gruppe, die wenigstens fünf Kohlenstoffatome enthält, oder eine Aralkyl- oder Aralkenyl-Gruppe, die wenigstens sechs Kohlenstoffatome enthält, umfasst.
Einkapselungsmaterial nach Anspruch 9, wobei die Stärke gelatiniert ist und durch Behandlung mit wenigstens 0,1% Octenylbernsteinsäureanhydrid, bezogen auf das Stärketrockengewicht, derivatisiert wurde.
Verfahren zur Einkapselung eines aktiven Agenses, das das Einkapselungsmaterial nach Anspruch 1 umfasst, wobei das Verfahren umfasst: a) Bildung einer Lösung des Einkapselungsmaterials; und b) Emulgieren des aktiven Agenses in der Lösung.
Verfahren nach Anspruch 11, das außer dem Trocknen der Emulsion unter Entfernung des Wassers daraus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Trocknungsschritt durch Sprühtrocknung durchgeführt wird.
Eingekapseltes aktives Agens, das ein aktives Agens und das Einkapselungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
Eingekapseltes aktives Agens nach Anspruch 14, wobei das aktive Agens aus der Gruppe bestehend aus Aromastoffen, Färbemitteln, Riechstoffen, Vitaminen und Pharmazeutika, ausgewählt ist.
Eingekapseltes aktives Agens nach Anspruch 14 oder 15, das eine Beladung von mindestens 40%, geringes Oberflächenöl und hohe Oxidationsbeständigkeit hat.
Eingekapseltes aktives Agens nach einem der Ansprüche 14 bis 16, das eine Beladung von wenigstens 50%, geringes Oberflächenöl und hohe Oxidationsbeständigkeit hat.
Eingekapseltes aktives Agens nach Anspruch 17, das eine Beladung von wenigstens 60%, geringes Oberflächenöl und hohe Oxidationsbeständigkeit hat.
Nahrungsmittelzusammensetzung, die das eingekapselte aktive Agens nach einem der Ansprüche 14 bis 18 umfasst.
Zusammensetzung, die das eingekapselte aktive Agens nach einem der Ansprüche 14 bis 18 umfasst, wobei die Zusammensetzung aus der Gruppe, bestehend aus einem Pharmazeutikum, einem Körperpflegeprodukt, einem Haarpflegeprodukt, einem Papierprodukt, einem Tierpflegeprodukt und einem Haushaltsprodukt, ausgewählt ist.
Tablette, umfassend a) ein Einkapselungsmaterial, das die Stärke nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst, und b) ein aktives Agens.
Tablette nach Anspruch 21, wobei das aktive Agens aus der Gruppe, bestehend aus einem Vitamin, einem Pharmazeutikum, einem Pestizid, einem Öl, einem Protein, einem Fett, einem Aromamittel, einem Farbmittel, einem Katalysator und einem Riechstoff, ausgewählt ist.
Tablette nach Anspruch 21 oder 22, wobei das aktive Agens aus der Gruppe, bestehend aus einem botanischen Öl, einem ätherischen Öl; Vitamin A, Vitamin D, Vitamin E, Vitamin K; einem Peptid, einer Aminosäure, einem Enzym; und einem öllöslichen Pharmazeutikum, öllöslichen Pestizid, ausgewählt ist.
Tablette nach Anspruch 23, wobei das aktive Agens Vitamin E ist.
Tablette nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei die Tablette eine Härte von wenigstens 3 Kilopascal hat.
Tablette nach Anspruch 25, wobei die Tablette eine Härte von 4 Kilopascal hat.