FI118506B - Menetelmä kalvopäällysteiden valmistamiseksi ja kalvopäällystäminen - Google Patents

Description

1 1 8506

Menetelmä kalvopäällysteiden valmistamiseksi ja kalvopäällystäminen

Keksinnön kohteena on menetelmä proteiinipitoisten päällystekalvojen, mikrokap-seleiden ja vastaavien valmistamiseksi sekä kiinteiden aineiden kapseloimiseksi.

5 Keksinnön kohteena ovat myös proteiinipitoiset päällystekalvot.

KEKSINNÖN TAUSTA

Heraproteiinien käyttö kalvonmuodostajina 10

Viime vuosikymmeninä lisääntyvä mielenkiinto on kohdistunut proteiinipitoisten kalvojen käyttöön elintarvikkeiden ja ravintovalmisteiden suojaamiseen. Nämä kalvot on tarkoitettu syötäviksi ja ne sulavat ihmisen ruoansulatuskanavassa sekä ovat biologisesti hajoavia luonnossa. Tällaisten kalvojen avulla voidaan huomattavasti 15 vähentää synteettisten luonnossa hajoamattomien pakkausaineiden käyttöä.

Ensimmäiset syötävät proteiinikalvot valmistettiin kasvikunnasta peräisin olevista proteiineista. Näiden kalvojen tarkoitus oli lisätä tuotteen säilyvyyttä vähentämällä veden haihtumista (kuivumista), estämällä hapen pääsy tuotteeseen ja estämällä 20 mikrobikontaminaatioita. Vehnästä eristetty gluteiini ja maissista eristetty zeiini olivat tähän tarkoitukseen eniten käytettyjä proteiineja. Kalvot valmistettiin liuotta-: V: maila proteiinit etanoliin ja pehmitteenä käytettiin glyserolia. Seos kuumennettiin 75-77 °C:seen ja juuri ennen kalvojen valamista seoksen annettiin jäähtyä. Valami- • · · • .1. sen jälkeen kalvojen annettiin kuivua 35 °C:ssa vähintään 15 tuntia, jonka jälkeen • · · · 25 ne irrotettiin muoteista. Vehnän gluteiinista ja maissin zeiinistä valmistetut kalvot ♦·,·, estivät tehokkaasti hapen ja hiilidioksidin läpipääsyn, mutta ne läpäisivät herkästi • · \.I kosteutta, mikä ominaisuus riippui ympäristön suhteellisesta kosteudesta (Aydt et **·’ ai. 1991, Gennadois et ai. 1993).

* · · *··· 30 Suurta veden läpäisevyyttä vähennettiin lisäämällä kalvoihin erilaisia lipidejä tai rasvaliukoisia yhdisteitä. Parhaat tulokset saatiin monoglyseridien diasetyyli-viini-happoestereillä, koska näiden yhdisteiden käyttö lisäsi kalvojen mekaanista vah-vuutta ja kalvojen läpinäkyvyyttä. (Gontard et ai. 1994).

• · · v · 35 US-patentin 4 720 390 mukaan heraproteiini geeliytyy 4-12 % (paino/paino) liuok- * · *.1·: sena elintarvikkeissa ja tähän liuokseen voidaan lisätä rasvoja 2,5 %:sta 40 %:iin (tilavuus/tilavuus). Geelin muodostumiseen tarvittavan proteiinin määrä pienenee tiettyyn rajaan asti lisäämällä rasvojen/öljyn määrää. Proteiinin lämmittäminen 90 118506 2 °C:seen vähintään 30 minuutiksi on välttämätön edellytys geelin muodostumisen onnistumiselle neutraalissa liuoksessa. Seokseen voidaan lisätä sokereita kuten dekstroosia, laktoosia ja sakkaroosia sekä mausteita, suolaa ja säilöntäaineita.

5 Geeliytyminen ja geelin tasainen koostumus riippuvat hyvin paljon heraproteiinien konsentraatiosta ja kuumennuskäsittelystä (esim. lämpötilasta ja ajasta). SH-/SS -vaihtoreaktion tuloksena muodostuu disulfidisidoksia (SS). Nämä kovalentit sidokset ovat tärkeimpiä sitovia voimia, jotka vaikuttavat geelin vahvuuteen (Shimada ja Cheftel 1988).

10

Toisen US-patentin 5 543 164 mukaan proteiinikalvoja voidaan valmistaa 10 % he-raproteiiniliuoksesta kuumentamalla liuos 90 °C:seen 30 minuutiksi. Kuumennuksen jälkeen liuos jäähdytetään huoneenlämpötilaan ja ilmakuplat poistetaan tyhjiössä. Sama käsittely voidaan tehdä myös ennen kuumentamista. Jäähdyttämisen jäl-15 keen voidaan lisätä pehmennin, kuten glyseroli, sorbitoli tai polyetyleeni glykoli (2-10 % liuoksen painosta). Lisäksi voidaan lisätä rasvoja/öljyjä tai rasvaliukoisia yhdisteitä määrältään 2-15 % (paino/paino) kuumentamalla rasvaa kunnes se on nestemäistä ja homogenoimalla se emulsioksi. Rasvojen ensisijainen tehtävä on estää veden, hapen, hiilidioksidin, rasvojen sekä haju- ja makuaineiden läpipääsyä. Ho-20 mogenointi lisää myös kalvojen mekaanista lujuutta.

:Y: Proteiiniliuos voidaan kaataa tai (valaa) muotteihin ja tietyn vahvuinen kalvo saa- :***: daan kuivattamalla liuos asianmukaisella menetelmällä. Kuivumisvaihe kestää • · · : yleensä noin 18 tuntia huoneen lämpötilassa. Kuivuessaan neste muodostaa kalvon, 25 joka ei liukene veteen ja mahdolliset vapaat SH-ryhmät hapettuvat SS-ryhmik- • · si/sidoksiksi. Hapettumista voidaan edistää käyttämällä ilman happea tai hapettavaa • · yhdistettä.

• · • · ·

Asianmukaisilla menetelmillä proteiiniliuos voidaan levittää ruoan pinnalle ja kui- ··.: 30 vumisen jälkeen yhtenäinen kalvo muodostuu kuten W09319615 kuvaa asian. Kai- · · von muodostumista voidaan edistää edellä kuvatulla tavalla. 1 · Pääasiallinen rajoitus syötävien kalvojen valmistukselle alkuperäisistä kasviproteii- * neista on niiden lähes täydellinen veteen liukenemattomuus. Heraproteiinit kuiten- V : 35 kin ovat hyvin veteen liukenevia mutta pääasiallinen rajoitus heraproteiinien käyt- • · tämisessä on kalvon muodostavan liuoksen valmistaminen. Alalla tiedetään, että hyvälaatuisten kalvojen saamiseksi on oleellista kuumentaa liuos 90 °C:seen 30 minuutiksi.

118506 3

Kuumennettaessa liuosta muodostuu disulfidisidoksia, joita pidetään tärkeinä kalvo-rakennetta sitovina voimina ja lisätyt sulfhydryyli (SH-) -ryhmät nopeuttavat kal-vonmuodostusta. Kemiallisten aineiden kuten merkaptoetanolin, kysteiinin, ditiot-5 reitolin tai sulfiitin käyttäminen ei ole mahdollista ruoassa tai niiden käyttö on rajoitettu tiettyyn määrään tai niiden käyttömenetelmiä ja prosesseja ei tunneta.

Heraproteiinien muuntaminen kuumentamalla saa aikaan lysinoalaniinin muodostumista neutraalissa tai emäksisessä ympäristössä. Lisäksi proteiinin ravintoarvo 10 laskee ja lysinoalaniini voi aiheuttaa haitallisia sivuvaikutuksia. Proteiinien kuumentaminen sokereiden (esim. aldehydiryhmän sisältävän glukoosin tai laktoosin) kanssa saa aikaan kemiallisia yhdisteitä, joita muodostuu Maillardin reaktion alkupäässä. Näihin yhdisteisiin kuuluu Amadorin yhdiste, joka voi aiheuttaa proteiinin ravintoarvon pienenemistä ja muodostunut yhdiste voi olla allergeeninen (Friedman 15 1994). Yllä kuvattu menetelmä sisältää yhden vaikean vaiheen, jossa liuenneet kaa sut poistetaan liuoksesta tyhjiössä jotta vältetään kaasukuplat, jotka voivat lisätä kalvojen kosteuden tai hapen läpäisevyyttä.

Heraproteiinien käyttö emulsioissa ja mikrokapseloinnissa 20

Ensimmäinen kuvaus heraproteiineista rasvojen ja rasvaliukoisten aineiden emul-gaattorina on esitetty US-patentissa 4 790 998. Patentoidulla menetelmällä oli mah- • · dollista tuottaa öljyistä, jotka myös sisälsivät aromaattisia yhdisteitä tai olivat itses- • · · : .·. sään aromaattisia (esim. sitruunaöljy), mikrokapseleita, joiden keskimääräinen halii!.: 25 kaisija oli 1 pm. Näitä mikrokapseleita käytettiin keinotekoisena sameuden aiheut- ♦ · tajana happamissa juomissa.

• · * 9 • 99 9 · *···’ Emulsioita tehtiin alkuperäisestä heraproteiinikonsentraatista (proteiinipitoisuus 55 %). Liuoksen heraproteiinipitoisuus oli 7,6 paino-%, soijaöljypitoisuus 4,5 paino-% 30 ja pH oli säädetty 2,2:een. Liuos kuumennettiin 75 °C:seen 5 minuutiksi ja sen jäi- • · · keen se homogenoitiin kahdessa vaiheessa (4500 psi ja 500 psi). Homogenoituiin jälkeen liuos jäähdytettiin 20 °C:seen. Emulsiota käytettiin happamissa juomissa ...,· samean lopputuloksen saamiseksi. Mikrokapseleiden valmistuksessa emulsio myös • · . suihkekuivattiin tai pakastekuivattiin ja tuloksena saatuja kiinteitä mikrokapseleita • · · : 35 käytettiin dispergoituvina juomajauheisiin.

• · • * * • »* ® · US-patentissa 5 601 760 kuvataan alkuperäisten heraproteiinien, heraproteiinikon-sentraatin ja -isolaatin, β-laktoglobuliinin sekä β-laktoglobuliinin ja a-laktalbumii- 118506 4 nin seoksen käyttöä emulgaattorina rasvojen, öljyjen ja muiden rasvaliukoisten yhdisteiden mikrokapseloinnissa.

Heraproteiinin ja laktoosin tai muun hiilihydraatin (esim. emulgaattorin tai mikro-5 kapseloivan aineen) määrä liuoksessa vaihtelee yleisesti 10 paino-% ja 30 paino-% välillä. Mikrokapseloitavan aineen tai aineseoksen määrä voi vaihdella 5 paino-% ja 95 paino-% välillä ja maitorasvan määrä 25 paino-% ja 75 paino-% välillä laskettuna emulgaattorin painosta.

10 Vaihtoehtoisesti pidetään parempana että emulgaattorin määrä on noin 10 paino-% laskettuna liuoksen painosta. Liuos voidaan kuumentaa, esimerkiksi 80 °C:seen 30 minuutiksi ja sen jälkeen se emulgoidaan homogenoimalla.

Riippuen rasvaosan ominaisuuksista seoksen lämpötila nostetaan 60 °C:seen ja ilma 15 poistetaan tyhjiön avulla. Tämän jälkeen emulsio voidaan valmistaa kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa rasva dispergoidaan liuokseen tehosekoittimella ja sen jälkeen seos homogenoidaan 25-80 MPa paineella useita kertoja niin, että lopputuloksena keskimääräinen pisaran koko on >1 pm. Emulsio voidaan suihkekuiva-ta käyttämällä puhalluslämpötilaa 160 °C ja poistumislämpötilaa 80 °C.

20 Pähkinöiden ja siementen kalvopäällystys olisi mielenkiintoinen tapa parantaa esim. lopputuotteen ulkonäköä, makua, tuoksua ja säilyvyysominaisuuksia. Tämäntyyppi- • 9 .*··. sistä sovelluksista on kiqallisuudessa hyvin vähän julkaistuja tutkimuksia. Pääasial- : liset syyt tähän voivat olla päällystysprosessiin liittyvät vaikeudet (Mate et ai.

25 1996).

• * • · 9 * · ♦ Lääkevalmisteiden kalvopäällystys φ · • « 99 9 Lääkevalmistuksessa kalvopäällystys on menetelmä, jolla voidaan tehokkaasti suo-30 jata valmistetta ympäristöstä tulevilta kemiallisilta ja fysikaalisilta rasituksilta, peit-

• M

tää lääkeaineen epämiellyttävää makua ja/tai hajua tai saavuttaa joko aikaan tai paikkaan sidottu säädelty lääkeaineen vapautuminen valmisteesta. Päällystyksen ..... perusaine on kalvonmuodostaja, joka yleensä on suurimolekyylinen polymeeri ja • · . joka liukenee tai dispergoituu päällystyksessä käytettävään väliaineeseen. Päällys- ··· : 35 tyksessä voidaan käyttää myös lopputuotteen ominaisuuksia muokkaamaan sekä !.**: päällystysprosessia parantamaan mm. pehmitteitä, väriaineita, pigmenttiaineita sekä kiinnitarttumista estäviä apuaineita. Kun polymeeriä sisältävä päällystysneste sumu- 118506 5 tetaan ydinten pinnalle, kalvo muodostuu ja tarttuu ydinten pinnalle välittömästi samanaikaisesti tehtävän kuivauksen myötä.

Viimeisten 30 vuoden aikana vesipohjaiset päällystysnesteet ovat syrjäyttäneet or-5 gaanisia liuottimia sisältävät päällystysnesteet lääketeollisuudessa johtuen yhteiskunnan kasvaneista vaatimuksista tuoteturvallisuuden ja ympäristöystävällisyyden suhteen sekä ko. menetelmän taloudellisuuden vuoksi. Nykyään on saatavilla suuri määrä erilaisia kaupallisia synteettisiä selluloosajohdannaisia tablettien vettä käyttävään kalvopäällystykseen. Hydroksipropyylimetyyliselluloosaa (HPMC), hydrok-10 sipropyyliselluloosaa (HPC) ja natriumkarboksimetyyliselluloosaa (NaCMC) käytetään tällä hetkellä varsin usein vaikuttavan aineen epämiellyttävää makua ja/tai hajua peittävinä liukenevina kalvopolymeereinä. Muita selluloosajohdannaisia, jotka ovat liukenemattomia happamassa ympäristössä, mutta jotka liukenevat pH 5-6:ssa, voidaan käyttää ns. enteropäällysteinä (ts. vaikuttavan aineen vapautuminen koh-15 dennetaan hallitusti suoliston alueelle). Esimerkkinä selluloosarakenteisista entero-polymeereistä voidaan mainita mm. selluloosa-asetaattiftalaatti (CAP), hydroksi-propyyli-metyyliselluloosaftalaatti (HPMCP) ja hydroksipropyylimetyyliselluloosa asetaattisukkinaatti (HPMCAS). Etyyliselluloosaa (EC) käytetään, kun halutaan kalvopäällysteellä säädellä (pitkittää) vaikuttavan aineen vapautumista lääkevalmis-20 teestä maha-suolikanavassa. Kemiallisen luonteensa ansiosta yhdisteitä, joita voidaan käyttää vesipohjaisissa päällystyksissä, ovat mm. akrylaatit, vinyylit ja glyko-lit. Kaikilla em. päällysteaineilla on omat etunsa ja rajoituksensa liittyen sekä pääl- • · . · · \ lystysprosessiin että lopputuotteen ominaisuuksiin.

*···" • · * « · * · « ! 25 Tulevaisuudessa erilaisten peptidi- ja proteiinirakenteisten lääkeaineiden määrän .. . oletetaan kasvavan nopeasti niiden päästessä prekliinisen faasi I tutkimusvaiheen • · * : läpi ja on kiinnitetty huomiota yhteensopivuuteen niiden ja nykyisten farmaseuttis- • · *···* ten apuaineiden välillä (mukaan lukien kalvopäällysteet). Heraproteiinit ovat meije ri- ja juustonvalmistusteollisuuden yleisiä sivutuotteita ja kemialliselta rakenteeltaan 30 ne ovat lähellä uusia peptidilääkeaineita. Heraproteiineja valmistetaan myös suuria määriä maailmanlaajuisesti. Heraproteiinit sisältävät β-laktoglobuliinia (β-Lg), a-laktalbumiinia (α-La), naudan seerumin albumiinia (BSA) sekä eräitä immunoglo- • · ^ buliineja (Dybing ja Smith 1991). Näistä β-laktoglobuliini on heraproteiinien pää- komponentti (noin 50-60 % proteiinista). Se on globulaarinen molekyyli (pallomai- ··· V : 35 nen), jonka sekundaarirakenne tunnetaan hyvin (15 % a-kierrettä, 50 % β-tasoa ja 15-20 % käänteisrakennetta). Fysiologisten nesteiden pH-alueilla se esiintyy dimee-reinä. Jokainen monomeeri sisältää 162 aminohappoa ja kaksi ketjunsisäistä disulfi- 118506 6 disidosta sekä yhden vapaan kysteiinin (Wong et ai. 1996). BSE-riskiä ei ole todettu maidosta peräisin olevilla proteiineilla toisin kuin esimerkiksi liivatteella (gelatiini).

Alkuperäisten ja muunnettujen heraproteiinien käyttöä lääkevalmistuksen kalvo-5 päällysteaineina ja päällystysprosesseissa ei ole alan kiijallisuudessa toistaiseksi esitetty. Alkuperäisten heraproteiinien käyttö ja ominaisuudet syötävinä kalvoina elintarvikkeissa ja erilaisissa ravintovalmisteissa on tunnettua (Gennadios et ai. 1993, McHugh ja Krochta 1994ab, Kim ja Morr 1996, Anker et ai. 2002). Yleensä näissä sovelluksissa heraproteiinit on ensiksi kuumennettu proteiinien denaturoimi-10 seksi ja sisäisten sulfhydryyliryhmien esiintuomiseksi, jolloin molekyylien välille voi muodostua disulfidisidoksia, jotka vaikuttavat kalvon rakenteeseen. Edellä mainitut disulfidisidokset sekä proteiiniketjujen väliset molekyylitason vuorovaikutukset (vetysidokset, hydrofobiset vuorovaikutukset ja elektrostaattiset voimat), saavat aikaan hauraan kalvon muodostumisen.

15

Tavanomaisia alkuperäisiä heraproteiineja pidetään hyvinä kalvonmuodostajina, kun halutaan estää ilman hapen läpäisyä ja pääsyä tuotteeseen melko alhaisessa ilman suhteellisessa kosteudessa. Lisäksi heraproteiinikalvojen mekaaninen kestävyys on hyvä. Kalvojen vesihöyryn läpäisevyys on kuitenkin kyseenalainen johtuen 20 em. proteiinien hydrofiilisyydestä (Anker et ai. 2002). Gennadios työtovereineen (1993) tutki lämpötilan vaikutusta syötävien heraproteiinikalvojen hapen läpäise-vyyteen. McHugh ja Krochta (1994ab) selvittivät glyserolilla ja sorbitolilla pehmi- • · .*··. tettyjen syötävien proteiinikalvojen läpäisevyyttä ilman hapelle sekä niiden mekaa- ;*]·, nista kestävyyttä. Edellä mainittujen kalvojen hapenesteominaisuudet ja mekaani- ♦ « · 25 nen kestävyys olivat hyviä ja jopa parempia kuin mitä todettiin synteettisistä mate-naaleista valmistetuilla vertailukalvoilla. Myöhemmin Kim ja Morr (1996) rapor- • · · toivat erilaisten elintarvikeproteiinien soveltuvuudesta aineiden mikrokapselointiin • · '···* sekä ko. proteiineista valmistettujen mikrokapseleiden fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista.

"* 30

Vapaat kalvot ovat osoittautuneet erinomaisiksi tutkimuksen apuvälineiksi selvitet-täessä uusien polymeerien kalvonmuodostus- ja pinnoituskykyä ja päällysteominai- • · fttt. suuksia. Vapaita kalvoja voidaan valmistaa valamismenetelmin tai sumuttamalla.

. * Viimeksi mainittua pidetään yleensä realistisempana edustamaan kalvoa sen lopulli- • ·· v : 35 sessa käyttötilassa. Lopulliset kalvo-ominaisuudet tulee kuitenkin aina tutkia lääke- valmistukseen kytkeytyneenä joko rumpupäällystys- ja/tai ilmasuspensiopäällystys-prosesseissa.

118506 7

Kirjallisuuslähteet (joihin viitattu]

Anker, M.; Bemtsen, J.; Hermanson, A.-M. and Stading, M., Improved water vapor barrier of whey protein films by addition of an acetylated monoglyceride. Innova-5 five Food Sci. & Emerging Technologies 3, 81-92 (2002)

Aydt, T.P., Weller, C.L. and Testin, R.F. Mechanical and barrier properties of edible com and wheat protein films. Am. Soc. Agric. Eng.34,207-211 (1991) 10 Dybing, S.T., and Smith, D.E, Relation of chemistry and processing procedures to whey protein functionality: A review. Cult. Dairy Prod. J. 57, 377-391 (1991)

Friedman, M. Improvement in the safety of foods by SH-containing amino acids and peptides. A review. J. Agric. Food Chem., 42,3-20. (1994) 15

Gennadios A., Weller C.L. and Testin R.F., Temperature effect on oxygen permeability of edible protein-based films. J. Food Sci., 58,212-214,219 (1993)

Gontard, N., Duchez, C., Cuq, J-L. and Guilbert, S. Edible composite films of wheat 20 gluten and lipids: water vapour permeability and other physical properties. Int. J. Food Sci and Technol. 29, 39-50 (1994) • · * · · • ♦ φ ,·», Kim Y.D. and Morr C.V., Microencapsulation properties of gum arabic and several · food proteins: Spray-dried orange oil emulsion particles. J. Agric. Food Chem., 44, :*5 ί 25 1314-1320(1996) · »» · ·* **: Mate, J.; Frankel, E.N.; Krochta J.M., Whey protein isolate edible coatings: Effect 4 9 · on the randicity process of dry roasted peanuts. J. Agric. Food Chem., 44, 1736-1740 (1996) *:· 30 ···*

McHugh T.H. and Krochta J.M., Milk-protein-based edible films and coatings. Food Technology, 48, 97-103 (1994) • ·

McHugh T.H. and Krochta J.M., Sorbitol- vs glycerol-plasticized whey protein edi-35 ble films: Integrated oxygen permeability and tensile property evaluation. J. Agric. Food Chem., 42, 841-845 (1994).

• · 118506 8

Shimada, K. and Cheftel, J.C., Texture characteristics, protein solubility, and sulf-hydryl group/disulfide bond contents of heat-induced gels of whey protein isolate. J. Agric. Food Chem. 36,1018-1025 (1988) 5 Stevenson E.M.; Law, J.R.; Leaver, J. Heat-induced aggregation of whey proteins is enhanced by addition of thiolated β-casein. J. Agric. Food Chem., 44:2825-2828 (1995)

Wong, D.W.S., Camirand, W.M. and Pavlath, A.E., Structures and functionalities of 10 milk proteins Crit. Rev. Food Sci Nutr. 36, 807-844 (1996)

KEKSINNÖN LYHYT KUVAUS

15 Tämän keksinnön tavoitteena on esittää uusi menetelmä vesipohjaisten proteiinikal-vojen valmistamiseen ilman pitkäaikaista kuumennuskäsittelyä korkeissa lämpötiloissa. Näitä kalvoja voidaan käyttää monentyyppisten erilaisten aineiden päällystämiseen. Lisäksi tämän keksinnön tavoitteena on esittää kalvoja, joita voidaan tehokkaasti muunnella erilaisilla käsittelyillä tai lisäämällä apuaineita kalvojen omi-20 naisuuksien muuntamiseksi tiettyjä käyttötarkoituksia varten. Yksi lisätavoite on myös saada aikaan toiminnallisia ja terveyttä edistäviä lopputuotteita. Tämän kek-sinnön menetelmässä käytettävät proteiinit ovat proteiineja, jotka luonnostaan sisäl-.···. tävät vähintään yhden disulfidisidoksen, edullisesti heraproteiineja.

• m • · · * * • · · • · · I 25 Vielä yhtenä tämän keksinnön tavoitteena on kehittää uusia kalvoja ja päällysteitä, .* kapseleita, mikrokapseleita ja vastaavia sekä emulsioita erilaisiin käyttötarkoituk- • · · ·>#·* siin elintarviketeknologian, lääkkeidenvalmistuksen ja maatalouden eri alueilla.

*—: Edullisesti nämä kalvot ja päällysteet sisältävät aktivoitua liukoista heraproteiinia (ASWP, activated soluble whey protein). Lääkkeidenvalmistuksen alueella kuva-30 taan vesipohjaisen ASWP päällysteen muodostus ja prosessi, jolla on hyvä kalvoit*: päällystyskyky ja joka tuottaa kalvopäällysteitä, joiden veden (WVT) ja hapen lä- ,.).; päisevyydet ovat vähäiset ja joilla on tyydyttävät mekaaniset lujuusominaisuudet.

• · . * Vielä yksi tämän keksinnön tavoite on saada aikaan vesipohjaisia kalvopäällyste- v : 35 muotoja, joita voidaan menestyksellisesti soveltaa kiinteisiin lääkeannosmuotoihin :\i (esim. rakeisiin, pelletteihin ja tabletteihin) ja elintarvikkeisiin vakiintuneissa teolli sissa päällystysprosesseissa, ja että nämä kalvot ovat säilyviä varastoinnin aikana. Lisäksi vielä yksi tämän keksinnön tavoite on kehittää uusia kapseleita, ensisijaises- 118506 9 ti ASWP-pohjaisia, jotka voisivat korvata gelatiinikapselit erilaisten kiinteiden ja puolikiinteiden aineiden kapseloinnissa.

Tämä keksintö perustuu siihen yllättävään havaintoon, että kun proteiineja sisältävä 5 liuos käsitellään muunnetulla proteiinilla, joka on muunnettu avaamalla ainakin yksi siinä alun perin ollut disulfidisidos vapaiden sulfhydryyliryhmien saamiseksi, ja vapaat sulfhydryyliryhmät saavat aikaan vaihtoreaktion, jossa disulfidisidoksia syntyy proteiinien välille, muodostuu proteiinipohjainen kaivorakenne. Tämän keksinnön yhden suoritusmuodon mukaan tämä muunnettu proteiini on aktivoitu liukoinen 10 heraproteiini (ASWP) -fraktio, joka saadaan proteiinin eristysprosessista, kuten esimerkiksi patentissa FI107116 kuvatusta prosessista.

Muuntoreaktiossa proteiinien aminohappoketjujen väliset disulfidisidokset (SS) avataan ja muodostuu vapaita sulfhydryyliryhmiä (SH). Tällaista proteiinia kutsu-15 taan tässä ‘muunnetuksi proteiiniksi’ tai ‘aktivoiduksi proteiiniksi’ ja molempia termejä voidaan käyttää vaihtoehtoisesti. Muuntoreaktio voidaan suorittaa usealla eri tavalla mutta suurin osa niistä ei ole sopivia sovellettaviksi elintarvike- tai lääke-tuotteisiin eli syötäviin tuotteisiin. Esimerkiksi yksi tällainen menetelmä vapaiden SH-ryhmien määrän lisäämiseksi on kuvattu julkaisussa Stevenson et ai. (J. Agric. 20 Food Chem. 1995, 44:2825-2828), jossa tuotetaan synteettinen, vapaita SH-ryhmiä ja useita SS-sidoksia sisältävä proteiini. Tämän keksinnön mukaan on täten käytän-nollista käyttää vain sellaisia proteiineja, jotka alun perin, eli ennen muuntoa, sisäl- • · · tävät ainakin yhden disulfidisidoksen..

• « ·*· • · ♦ · · [ 25 Edullisessa suoritusmuodossa proteiini muunnetaan käsittelemällä sitä sulfiitti-ionin ml ’ muodostavalla yhdisteellä proteiinin sulfonoimiseksi. Ensisijaisia sulfiitti-ionin : ·* muodostavia yhdisteitä ovat liukoiset elintarvikelaatuiset sulfiitit, kuten alkali- me- • · · talli- tai maa-alkalimetallisulfiitit, vetysulfiitit tai metabisulfiitit tai näiden yhdistelmät. Edullinen sulfiitti on natriumsulfiitti. Edullisesti erillistä hapetinta tai kata-30 lyyttiä ei lisätä. Tämä proteiinien sulfonointimenetelmä on kuvattu patenteissa FI 101514 ja FI 107116, joissa muuntoreaktio tehdään heraproteiinien eristämiseksi * . niiden rakennetta muuttamalla. Näissä dokumenteissa ei kuvata mitään erityisiä li- [ säsovelluksia tai sovellusmenetelmiä muunnetuille proteiineille. Eristysprosessissa osa muunnetusta proteiinista saostetaan matalassa pH:ssa ja osa jää liukoiseksi. Näi-:Tj 35 tä fraktioita voidaan edelleen käyttää tämän keksinnön menetelmässä.

• t * · ♦ • *· • ·

Proteiinin muuntoasteeseen vaikuttava tärkeä tekijä on sulfiitin määrä käytetyn proteiinin määrää kohti. Nykyisen käytännön mukaan sulfiitin määrä natriummetabisul- 118506 ίο fnttina on noin 0,01-0,06 % (paino/tilavuus), kun proteiinin määrä liuoksessa on 10-11 % (paino/tilavuus), lämpötila 50-60 °C ja pH 6-7. Yllättävää on, että vaadittavan sulfiitin määrän todettiin olevan merkittävästi alhaisempi kuin mitä FI101514 ja FI107116 kuvaavat.

5

Reaktioaika, jossa sulfonointireaktio/sulfitolyysi tapahtui, oli 30 minuuttia. Sen jälkeen pH säädettiin välille 2-3 SC^n vapauttamiseksi proteiinin sulfonaattijohdan-naisista ja jäännössulfiitista. SO2 puhallettiin ilmalla ulos reaktorista ja käytettiin uudelleen sulfiittina. Myöhemmin pH säädettiin välille 4-6 ja muunnettu prote-10 iinikonsentraatti pestiin vedellä ja ultrasuodatettiin haluttuun väkevyyteen, esim. 10-20 % proteiinipitoisuuteen.

Fraktiointia varten muunnettu heraproteiinikonsentraatti mikrosuodatettiin fraktioiden, saostumafraktion ja liukoisen fraktion erottamiseksi. Molemmat fraktiot pestiin 15 ja konsentroitiin käytön edellyttämälle tasolle 10-50 % (paino/ tilavuus) ult-rasuodattamalla.

Tämän keksinnön menetelmässä käyttökelpoisia proteiineja ovat kaikki luonnolliset proteiinit, jotka sisältävät vähintään yhden disulfidisidoksen, joka avataan muunto-20 vaiheessa.

Edullisia proteiineja ovat heraproteiinit, kuten tässä yhteydessä kuvattu ASWP.

• · · !.!t Tässä ja myöhemmissä esimerkeissä käytetään heraproteiineja ja niiden fraktioita • « esimerkkeinä valaisemaan tätä keksintöä. Muun tyyppisiä proteiineja voidaan myös i,: j 25 käyttää edellyttäen, että niitä voidaan muuntaa tässä kuvatulla tavalla. Yksi käyttö-] * kelpoinen proteiinityyppi on soijaproteiini, jota käytetään laajasti elintarviketeolli- ί V suudessajajoka sisältää SS-sidoksia luonnollisessa muodossaan.

M· • · Φ · • · · ASWP:tä voidaan ehdottaa ja esittää lähtömateriaaliksi lääkkeiden ja elintarvikkei-30 den kalvopäällystykseen sekä kiinteiden ja puolikiinteiden aineiden kapselointiin. Tämä ASWP sisältää huomattavan puhdasta β-laktoglobuliinia, joka aktivoidaan eri “ . tavalla kuin aikaisemmin (McHugh and Krochta 1994) ja jossa SH-ryhmien määrää ] on lisätty ilman kuumennuskäsittelyjä. On ilmeistä että tämä uusi aktivoitu liukoi nen heraproteiini taijoaa monia etuja proteiinikalvojen muodostukseen ja valmiin :T: 35 kalvon ominaisuuksiin verrattuna niihin tavanomaisiin alkuperäisiin heraproteiinei- hin, joita käytetään syötäväksi kelpaavana kalvomateriaalina elintarvikkeiden ja ravintoaineiden päällystämiseen. Tämä proteiinikeksintö tekee mahdolliseksi myös suihkutustekniikan käyttämisen kalvojen valmistuksessa ja mahdollistaa sen, että • · 118506 11 gelatiinin käyttöön kapseloinnin raaka-aineena liittyvät hyvin tunnetut rajoitukset voidaan välttää. Lisäksi, suihkekuivattu ASWP jauhe voidaan helposti kuljettaa kal-vopäällysteen tuotantolaitokseen ja myöhemmin liuottaa vesipohjaiseen päällystys-liuokseen juuri ennen kalvopäällystämistä. Tämä taijoaa suuria etuja esim. lääke-ja 5 elintarviketeollisuudelle kuljetusten, varastoinnin, raaka-aineen säilyvyyden ja lopullisen sovellettavuuden kannalta tarkasteltuna.

Tässä keksinnössä on havaittu, että vesipohjaisia proteiinikalvoja voidaan valmistaa muunnetusta proteiinista, ensisijaisesti aktivoidusta liukoisesta heraproteiinifrakti-10 osta, lisäämällä pehmitintä, esim. glyserolia, sorbitolia tai polyetyleeniglykolia (PEG) (tai näiden seoksia). Liuoksen valmistamisen jälkeen se voidaan levittää muottiin ja jättää kuivumaan esimerkiksi yön yli tuuletuksella varustettuun huoneeseen (25 °C / 40-50 % RH). Tämän jälkeen kuivunut kalvo on valmis irrotettavaksi.

15 Lisäksi havaitaan, että AS WP kalvonmuodostajana voidaan yhdistää esim. alkuperäisten heraproteiinien kanssa tai muun, edullisesti läheisen proteiinin konsentraatin (75 % tai enemmän) tai isolaatin kanssa vaihtoreaktiossa (Kuva 1) ja siten muuntaa kalvojen fysikokemiallisia ja farmaseuttisia ominaisuuksia. Vaihtoreaktion seurauksena proteiinit muodostavat kolmiulotteisen verkon, jolla on oleellinen rooli geeli-20 ja kaivorakenteiden muodostumisessa. SH-ryhmät estävät haitallisten sivureaktioiden käynnistymistä ja sivutuotteiden, kuten lysinoalaniinin ja yhdisteiden, joita • * v.: muodostuu Maillardin reaktion alkupäässä (esim. Amadorin yhdisteen), muodostu- :***: mistä (Kuva 2).

• · • · · * · · ··« · 25 SH-ryhmien määrä ei vähene vaihtoreaktiossa. SH-ryhmien määrää voidaan pienen-tää hapettamalla ne ilman hapella disulfidiryhmien muodostumiseksi, eli 2 x SH + • · ]··, Vi x 02 —> S-S + H20, mikä vahvistaa geelin tai kalvon rakennetta. Käyttötarkoituk- • · sesta riippuen on hyödyllistä jättää sopiva määrä SH-ryhmiä jäljelle, koska SH- . ryhmät toimivat antioksidantteina, neutraloivat kasvi- tai mikrobiperäisiä toksisia ··· 30 yhdisteitä ja inaktivoivat esim. akryyliamidia.

• · « « ·«» *:··; Lisäksi SH-ryhmien hyödylliset vaikutukset johtuvat metallien kelatoitumisesta, missä rikkiligandit eristävät hapettavan Cu2+ ja Fe2+ ja mahdollisesti toksiset As3+’

^ I ^ I ^ 1 _ ^ I ^ I

.·, Cd , Co , Hg , Pb and Se sekä epäorgaanisissa että orgaanisissa yhdisteissä.

• · · 35 • · *· *: SH-ryhmät voivat estää 1) Amadorin yhdisteen muodostumista, mikä tapahtuu

Maillardin reaktion alkupäässä ja 2) lysinoalaniinin muodostumista, mikä vuoros- 118506 12 taan tapahtuu proteiinin käsittelyssä emäksisessä ympäristössä erityisesti kuumennuksen yhteydessä (Friedman 1994).

Tiettyjä apuaineita lisäämällä voidaan geelien ja kalvojen fysiokemiallisia ja far-5 maseuttisia ominaisuuksia muuntaa. Rasvaliukoisilla yhdisteillä, kuten soijaöljyllä ja muilla öljyillä, ja emulgoimalla nämä yhdisteet proteiinirakenteisiin, voidaan vähentää kalvojen kosteuden ja vesihöyryn läpäisevyyttä ja vahvistaa proteiinin rakennetta. Hiilihydraatteja, kuten maltodekstriiniä, lisäämällä voidaan hidastaa pro-teolyyttisten entsyymien vaikutusta ja lisätä proteiinirakenteen mekaanista lujuutta.

10

Myös muuntyyppisiä lisäaineita voidaan sisällyttää esimerkiksi kalvojen säilyvyyden parantamiseksi. Sellaisiin lisäaineisiin kuuluu tarttuvuuden estoaineet, kuten T1O2, antimikrobiset aineet, kuten E-koodilla merkittävä natamysiini (E 235), ja säilöntäaineet, kuten sorbiinihappo (E 200) ja sen suolat, bentsoehappo (210) ja sen 15 suolat, parabeenit (E 214-219), maitohappo (E 270) ja sen suolat, propionihappo (E 280) ja sen suolat ja muut samankaltaiset aineet.

Tämän keksinnön kalvopäällysteillä on monia sovelluksia elintarviketeknologian sekä lääkinnän ja maatalouden alueilla. Tämän keksinnön mukaisten kalvojen omi-20 naisuuksia voidaan muuntaa ja niitä voidaan käyttää (1) elintarvikkeiden päällysteinä suojaamaan niitä mekaanisilta rasituksilta, kuivumiselta, hapettumiselta tai hai- • · v tallisilta ulkopuolisilta aineilta, (2) tablettien, granuloiden ja vastaavien farmaseut- :***: tisten kiinteiden annosmuotojen päällysteinä, (3) kapseleiden kuorina faimaseutti- • siin ja vastaaviin tarkoituksiin, ja (4) perusraaka-aineena mikrokapseleiden, nano- •;: 25 kapseleiden, emulsioiden ja vastaavien valmistuksessa.

• · · • · · • · • · • « « • · • · • · · • · · ··!·

• M

• 1 • · *«« • · • · • 1 » • · · • · · · • · · • M • · 118506 13

KUVATEKSTIT

Kuva 1. Vaihtoreaktio ja vaihtomuunto.

5 Kuva 2. Amadorin yhdisteen muodostuminen.

Kuva 3. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otettu kuva mikro- kapseloidusta rypsiöljystä.

10 Kuva 4A-B. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat vanhen nettujen (vapaiden) kalvojen pinnalta. Kalvot on valmistettu aktivoitujen liukenevien heraproteiinien (ASWP) vesiliuoksesta (kalvo: ASWP 3 %, glyseroli 1 %, lämpökäsittely 70 °C 10 min, säilytys: 1 kk, 25 °C/ 60 % R.H.). Suurennokset A) x500 ja B) xlOOO.

15

Kuva 5A-D. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat vanhen nettujen (vapaiden) kalvojen pinnalta. Kalvot on valmistettu aktivoitujen liukenevien heraproteiinien (ASWP) vesiliuoksesta (kalvo: ASWP 4 %, glyseroli 2 %, lämpökäsittely 70 °C 10 min, säilytys: 1 kk, 25 °C/ 60 % R.H.). Suurennokset A) xlOO, 20 B) x500, C) x800 ja D) xl000.

· • * · • · ·

Kuva 6A-B. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat vanhen- • * nettujen (vapaiden) kalvojen pinnalta. Kalvot on valmistettu aktivoitujen liukenevi- | en heraproteiinien (ASWP) vesiliuoksesta (kalvo: ASWP 3 %, glyseroli 2 %, läm- m’m 25 pökäsittely 70 °C 20 min, säilytys: 1 kk, 25 °C/ 60 % R.H.). Suurennokset A) x500 : V ja B) x5000.

· · • · • · • · ·

Kuva 7A-C. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat vanhen- #>*j* nettujen (vapaiden) kalvojen pinnalta. Kalvot on valmistettu aktivoitujen liukenevi- :"*· 30 en heraproteiinien (ASWP) vesiliuoksesta (kalvo: ASWP 4 %, glyseroli 1 %, läm- f pökäsittely 70 °C 20 min, säilytys: 1 kk, 25 °C/ 60 % R.H.). Suurennokset A) xlOO, [ B) x500 ja C) xlOOO.

Kuva 8A-C. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat vanhen-35 nettujen (vapaiden) kalvojen pinnalta. Kalvot on valmistettu aktivoitujen liukenevien heraproteiinien (ASWP) vesiliuoksesta (kalvo: ASWP 3 %, glyseroli 2 %, läm- 118506 14 pökäsittely 80 °C 10 min, säilytys: 1 kk, 25 °C/ 60 % R.H.). Suurennokset A) xlOO, B) x500 ja C) xlOOO.

Kuva 9A-B. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat vanhen- 5 nettujen (vapaiden) kalvojen pinnalta. Kalvot on valmistettu aktivoitujen liukenevien heraproteiinien (ASWP) vesiliuoksesta (kalvo: ASWP 4 %, glyseroli 1 %, lämpökäsittely 80 °C 10 min, säilytys: 1 kk, 25 °C/ 60 % R.H.). Suurennokset A) x500 ja B) xl 000.

10 Kuva 10A-C. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat vanhennettujen (vapaiden) kalvojen pinnalta. Kalvot on valmistettu aktivoitujen liukenevien heraproteiinien (ASWP) vesiliuoksesta (kalvo: ASWP 3 %, glyseroli 1 %, lämpökäsittely 80 °C 20 min, säilytys: 1 kk, 25 °C/ 60 % R.H.). Suurennokset A) xlOO, B) x500ja C) xlOOO.

15

Kuva 11A-C. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat vanhennettujen (vapaiden) kalvojen pinnalta. Kalvot on valmistettu aktivoitujen liukenevien heraproteiinien (ASWP) vesiliuoksesta (kalvo: ASWP 4 %, glyseroli 2 %, lämpökäsittely 80 °C 20 min, säilytys: 1 kk, 25 °C/ 60 % R.H.). Suurennokset A) xlOO, 20 B)x500jaC) xlOOO.

:V: Kuva 12. Atomivoimamikroskoopilla (AFM) otetut kuvat vapaiden :***; ASWP-kalvojen pinnalta. Keskivertokäsittely näyttää tuottavan pienempiä pisaroita, : .*. kuten kuvasta B näkyy.

....ί 25 a · .. . Kuva 13. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat pigmen- • » toimattomien ASWP-kalvojen pinnalta (koostumus 1 taulukossa 21). Suurennokset A) x500, B) xlOOOO ja C) x675.

30 Kuva 14. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat pigmen- toitujen ASWP-kalvojen pinnalta (koostumus 3 taulukossa 21). Suurennokset A) x500, B) xlOOO ja C) x550.

• * . Kuva 15. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat malto- v : 35 dekstriiniä sisältävien ASWP-kalvojen pinnalta (ASWP/P67 7,5 %, maltodekstriini DE9 5 %, glyseroli 4 %, sorbitoli 1 %, lämpökäsittely 70 °C 1 h). Suurennokset A) x500, B) xlOOO ja C) x5500.

1 1 8506

1 J

Kuva 16A-D. Röntgendiffraktio (XRD) -kuvat tuoreista ja vanhennetuista ASWP-kalvoista ilman pigmenttiainetta (koostumukset 1 ja 2 taulukossa 21). Säilytys: 0-6 kk kontrolloidussa huoneolosuhteissa (25 °C/ 60 % R.H) sekä rasitetuissa olosuhteissa (50 °C). Kalvokoostumus 1 säilytetty A) 25 °C/60 % R.H ja B) 50 °C 5 (kaksi ylimmäistä kuvaa); Kalvokoostumus 2 säilytetty C) 25 °C/60 % R.H ja D) 50 °C (kaksi alimmaista kuvaa). Kuvassa y-akselilla on esitetty intensiteetti ja x-akselilla 2-theta (asteina).

Kuva 17A-D. Röntgendiffraktio (XRD) -kuvat tuoreista ja vanhennetuista 10 ASWP-kalvoista, jotka sisältävät pigmenttiaineen (koostumukset 3 ja 4 taulukossa 21). Säilytys: 0-6 kk kontrolloidussa huoneolosuhteissa (25 °C/ 60 % R.H) sekä rasitetuissa olosuhteissa (50 °C). Kalvokoostumus 3 säilytetty A) 25 °C/60 % R.H ja B) 50 °C (kaksi ylimmäistä kuvaa); Kalvokoostumus 4 säilytetty C) 25 °C/60 % R.H ja D) 50 °C (kaksi alimmaista kuvaa). Kuvassa y-akselilla on esitetty intensi-15 teetti ja x-akselilla 2-theta (asteina).

• · • · · • · » • · ·1» • · • · • · · • · • · 1 • · · • · 1 · • · M 1 • · · • · • · • · · • · • · • · · M» • · · · ··· • « • · • ·· • · * · ··» • · · « · · · • · · • · • · 16 1 1 8506 KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS Kalvot ja päällysteet 5 Tämän keksinnön yhden suoritusmuodon mukaan heraproteiinin eristysprosessista (perustuen FI 107116: een) saatavaa liukoista heraproteiinifraktiota käytetään vesiliukoisena kalvonmuodostusaineena syötäville kalvoille. Tämä proteiini sisältää aktivoitua puhdasta β-laktoglobuliinia (yli 95 paino-% kuiva-aineesta), jossa SH-ryhmien määrää on lisätty (40 pmol/g asti) ilman kuumennuskäsittelyä. Prote-10 iinikalvoja valmistetaan ASWP:sta konsentraatioilla 3-10 % (paino/tilavuus). Peh-mittimenä voidaan käyttää esim. glyserolia, sorbitolia, polyetyleeniglykolia (PEG) tai niiden seoksia 1-6 % (paino/tilavuus) laskettuna koko liuoksesta. Kalvoliuosten pH voi olla välillä 4,5-7,0. Kalvot valmistetaan ilman kuumennuskäsittelyä mutta kuumennus (esim. 70-80 °C, 10-20 min) parantaa mm. kalvojen mekaanista lujuut-15 ta ja pH:n kestävyyttä. ASWP kalvot ovat kirkkaita ja lähes läpinäkyviä.

Toisessa tämän keksinnön suoritusmuodossa liukoinen heraproteiini kalvonmuodos-tajana voidaan korvata aktivoidulla vaihtomuunnetulla proteiinilla, joka sisältää 15-30 % liukoista fraktiota ja loppuosa proteiinista sisältää mikrosuodatettua heraprote-20 iinikonsentraattia tai isolaattia. Vaihtomuuntoreaktio yleensä vaatii kuumennuksen 70-80 °C:ssa 10-20 min. Tuloksena saatavat kalvot ovat lähes kirkkaita ja lä- :V: pinäkyviä.

• · · • · • · • · · : Edelleen yhdessä tämän keksinnön suoritusmuodossa mekaanista lujuutta ja esim.

25 pepsiinihydrolyysin kestävyyttä voidaan nostaa lisäämällä hiilihydraatteja, kuten • · :v> maltodekstriinejä, tämän tyyppisten kalvojen koostumukseen. Tämä lisäys yleensä • · vaatii kuumennuksen 70-80 °C:ssa 10-20 min. Tuloksena saatavat kalvot ovat lä- • · * · * * * hes kirkkaita j a läpinäkyviä.

φ 30 Proteiinikalvojen fysikokemiallisia ominaisuuksia voidaan muuttaa apuaineita li- »·« säämällä. Tämän keksinnön yhdessä suoritusmuodossa rasvaliukoisten yhdisteiden lisääminen (esim. stearaattien lisääminen noin 1-2 % ja sen jälkeen homogenointi 80°C:ssa) parantaa kalvojen kosteudenkestokykyä. Edelleen yhdessä tämän keksin- • · . nön suoritusmuodossa pigmenttivärin, kuten titaanioksidin, lisääminen esimerkiksi v : 35 0,5-1,5 % antaa tehokkaan suojan UV valoa ja vastaavaa säteilyä vastaan.

• * • · • · · ·

Kun proteiiniliuos tehdään, liuoksen lämpötila ja pH säädetään asianmukaiselle tasolle käyttötarkoituksen mukaan. Proteiiniliuosta voidaan käyttää joko nestemäises- 118506 17 sä muodossa tai liuos voidaan myös kuivata jauhemaiseen muotoon suihkekuivaa-malla (tai vastaavalla menetelmällä). Nämä proteiinit kiinteän jauheen muodossa tuovat merkittäviä etuja, koska jauhe voidaan helposti varastoida myöhempää käyttöä varten ja liuottaa uudelleen sopivaan konsentraatioon juuri ennen käyttöä pääl-5 lystykseen tai vastaaviin prosesseihin. Kalvojen muodostamiseen käytetään edullisesti liuoksia, joiden proteiinikonsentraatio on 5-14 paino-% ja tätä liuosta voidaan käyttää myös elintarvikkeiden ja lääkeaineiden (esim. tabletit, kapselit, rakeet, pelletit ja mikrokapselit) kalvopäällystykseen. Kapselin kuorien valmistamiseksi prote-iiniliuoksen viskositeetin pitää olla suurempi ja proteiinin konsentraatio voi olla 30-10 50 paino-%.

Kalvojen valmistamiseksi määrätty määrä proteiiniliuosta levitetään hellävaraisesti muottiin ja annetaan kuivua huoneen lämpötilassa (21-23 °C / 40-50 % RH) 18-20 tuntia. Tuloksena saadaan määrätyn paksuisia homogeenisia kalvoja.

15

Kun tehdään syötäviä kalvoja elintarvikkeisiin, proteiiniliuos voidaan levittää hellävaraisesti sivelemällä, levittämällä, suihkuttamalla tai upottamalla. Kalvon muodostumista voidaan edistää puhaltamalla samalla lämmintä ilmaa kalvon pinnan kuivattamiseksi. Vapaiden SH-ryhmien hapettuessa SS-ryhmiksi sen seurauksena muo- . ·. ·. 20 dostuu hyvin kiinteä ja mekaanisesti luja kalvo.

• · » • · • · · • « • « Lääkeaineiden, jotka sisältävät aktiivisia hoitavia aineita (esim. tabletit, kapselit, l rakeet, pelletit ja mikrokapselit), päällystämiseksi kalvolla proteiiniliuos suihkute- .I? aineen (ytimen) päälle käyttämällä sopivaa suihkutus-menetelmää ja : V 25 neste haihdutetaan samanaikaisesti kuumentamalla päällystys-kammiota. Mitä ta-• · · hansa tunnettua pannu-, rumpu- tai ilmasuspensiopäällys-tystekniikkaa tai niiden muunnelmia voidaan käyttää. Nämä tekniikat ovat hyvin tunnettuja alalla. Tulokse- : * ·.. na saatava kalvopäällyste on homogeeninen, kiinteä ja mekaanisesti luja.

··· • · • * • · · 30 Kapselin kuoret • S * • · ··· * · *···* Edelleen yhdessä tämän keksinnön suoritusmuodossa proteiinipohjaiset kapselin- ·;·*: kuoret (jotka ovat vaihtoehto gelatiinikapseleille) valmistetaan kastamalla sauva proteiiniliuokseen. Tämän jälkeen proteiinilla pinnoitettu sauva voidaan kuivata • t 35 lämpimässä ilmassa. Kapselin sekä yläosa että alaosa voidaan tehdä tällä menetelmällä. Kapselin täytön jälkeen kapselin ylä- ja alaosa yhdistetään ja lukitaan. Tämä tekniikka tunnetaan alalla gelatiinipohjaisten kapseleiden valmistus-menetelmänä ja sitä voidaan helposti soveltaa tämän keksinnön menetelmään.

118506 18

Emulsiot ja mikrokapselit Tämän keksinnön yllättävä havainto on se, että muunnettuja proteiineja kuten 5 ASWP:tä perustuen patenttiin FI 107116, sekä muunnettua heraproteiinia että saos-tumafraktiota, voidaan käyttää emulsioiden valmistuksessa ja että esimerkiksi liukoisesta fraktiosta valmistettu emulsio voidaan edelleen mikrokapseloida.

Edelleen yhdessä tämän keksinnön suoritusmuodossa esitetään menetelmä rasvo-10 jen/öljyjen, rasvaliukoisten yhdisteiden ja partikkelien emulgoimiseksi proteiineilla kuten ASWP:llä tai liukoisella heraproteiinifraktiolla. Tämän menetelmän seurauksena proteiineissa on vapaita SH-ryhmiä. AS WP ja heraproteiinifraktio muodostavat yksin tai yhdessä alkuperäisten heraproteiinien tai muiden sopivien alkuperäisten proteiinien kanssa emulgoivan proteiinikerroksen rasvapisaran ympärille. Prote-15 iinikerros muodostuu kolmiulotteisen verkon tuloksena. Tämän verkon saavat aikaan SH-ryhmät, jotka avaavat disulfidi- (SS-) sidoksia ja muodostavat uusia sidoksia kuumennettaessa (esim. pastöroitaessa) vapautuvien SH-ryhmien kanssa. Emul-goiva proteiinikerros muodostuu yleensä pH:ssa 2-8. Tämä emulsio voidaan mikrokapseloida esim. pakastekuivaamalla tai suihkekuivaamalla.

20

Emulgoimalla sopivalla emulgaattorilla, kuten ASWP:lla, voidaan merkittävästi : V: lisätä rasvojen, öljyjen ja rasvaliukoisten yhdisteiden (esim. aromaattisten yhdistei- • · .***. den ja mausteiden) säilyvyyttä elintarvikkeissa ja vesipitoisissa tuotteissa. Esimer- · · : .·. kiksi mausteiden rasvapitoisten aineiden ja haihtuvien yhdisteiden vapautumista 25 voidaan säädellä.

t · ·· ♦ ♦ · · • ·

Edelleen yhdessä suoritusmuodossa mikrokapseleita valmistetaan suihkekuivaamal-*··** la tämän keksinnön kuvaamia emulsioita. Mikrokapselit kiinteinä aineina säilyvät pidempään kuin esim. emulsiot ja antavat paremman suojan kapseloiduille aineille 30 ulkoisia fysikokemiallisia rasituksia vastaan. Suoja on riippuvainen mikrokapseleita ··# peittävän proteiinikalvon rakenteesta ja paksuudesta. Mikrokapselointia käytetään m aineiden suojaamiseksi esimerkiksi hapelta, UV-säteilyltä ja haitallisilta yhdisteiltä.

Toisaalta mikrokapselointi on käyttökelpoinen tekniikka (aktiivisten) aineiden va- • pautumisnopeuden tai -paikan säätelemiseksi.

0": 35 • · :.*·· Vielä yksi tärkeä tämän keksinnön sovellus on äidinmaidon korvikkeen valmistus saostumafraktiosta, joka toimii valmistusaineena ja emulgaattorina. Saostumafraktio sisältää käytännössä kaiken heraproteiinin α-laktalbumiinin. Se on tärkeää, koska a- 118506 19 laktalbumiini on ainoa äidinmaidossa oleva heraproteiini. Saostumafraktio toimii myös öljyn, esim. rypsiöljyn, emulgaattorina. Mitään muita emulgaattoreita ei tarvita lisäksi.

5 ESIMERKKI 1

Menetelmä aktivoitujen liukenevien heraproteiini (ASWP) -kalvojen valmistamiseksi 10 AS WP (eli aktivoitu liukeneva heraproteiini)-kalvot valmistettiin fraktiosta, joka saatiin proteiinin eristysprosessista, kuten esimerkiksi on kuvattu patentissa FI 107116. Tämä AS WP sisältää aktivoitua puhdasta β-laktoglobuliinia, jossa vapaiden SH-ryhmien määrä (35-45 pmol/g proteiinia) on saatu aikaan ilman kuumen-15 nuskäsittelyjä.

Valmistettiin ASWP:stä vesiliuos, joka sisälsi paino-%:na proteiinia 4 % ja glyserolia 2 %. Liuoksen pH:ksi säädettiin pH 7,0 käyttämällä 1 M NaOH liuosta. Liuos sekoitettiin hyvin ja kaadettiin varovasti (20 ml) petrimaljoihin (85 mm halkaisijal- >v> 20 taan ja polystyreenistä valmistettuja) vapaiden kalvojen valmistamiseksi. Vapaiden • · · LI kalvojen annettiin kuivua vaakatasossa 22 °C:ssa / RH 45 % vähintään 22 tuntia.

Kuivumisen jälkeen kalvot irrotettiin varovasti. Ne olivat läpinäkyviä ja elastisia.

* · · • · ··· · • ·

Esimerkki 2 !···. 25 • · ·»·

Kuumentamisen vaikutus ASWP kalvojen muodostumiseen ja ominaisuuksiin.

Valmistettiin ASWP:stä vesiliuokset, jotka sisälsivät paino-%:na proteiinia 3 % ja 4 ·· % ja glyserolia 1 % ja 2 % pehmittimenä. Näistä tehtiin kahdeksan erilaista yhdis- telmää, jotka sisälsivät neljä erilaista kuumennuskäsittelyä: 70 °C/10 min; 70 °C/20 ....· 30 min; 80 °C/10 min; 80 °C/20 min (Taulukko 1).

• · * *·· * · · • 1 · · • 1 · • ·· • · 20 1 1 8 5 0 6

Taulukko 1. Kuumennuskokeissa käytetyt ASWP-liuoksen koostumukset.

Ainesosa/ Koostumus (%) näyte nro 12345678 ASWP 34343434

Glyseroli 12 2 12 112

Kuumennus 70°C/10min 70°C/20min 80°C/10min 80°C/20min ASWP-liuokset sekoitettiin ja näytteet (koostumukset 1-8) kuumennettiin vesihauteessa. Ennalta määrätyn kuumennusajan (10 min tai 20 min) jälkeen näytteet jääh-5 dytettiin suunnilleen huoneenlämpötilaan (20-22 °C) ja varovasti pipetoitiin Teflon-muotteihin (6,6 ml kuhunkin muottiin). Kuivumisen jälkeen tuloksena saatiin läpinäkyvät ja elastiset kalvot. Kalvojen tarttuvuus oli pienempi, jos kuumennusläm-pötila pidettiin korkeana ja kuumennusaika oli pidempi. Kalvonmuodostusominai-suudet on esitetty esimerkissä 15.

10 ESIMERKKI 3 · • · · • · · • · , · 1 ·. Vaihtomuunnetut vapaat kalvot '1··1 : Alkuperäisestä esisuodatetusta heraproteiinikonsentraatista ja liukoisesta fraktiosta ····· 15 valmistettiin 9 % vesiliuos, jossa alkuperäisen herakonsentraatin ja liukoisen frakti- on sekoitussuhde oli 70:30. Liuoksessa käytettiin pehmitteenä glyserolia 3 % ja sor-[···. bitolia 1 % ja liuoksen pH säädettiin pH:hon 7,0 (1 M NaOH). Liuosta kuumennet tiin 30 min 80 °C:ssa, jäähdytettiin huoneenlämpötilaan (20-22 °C), ja valettiin Tef-. lon-muotteihin. Kalvot kuivattiin huoneen lämpötilassa 21 °C ja 45 % suhteellisessa ·"; 20 kosteudessa yön yli. Tuloksena saadut kalvot olivat läpinäkyviä ja venytystä kestä- • · *···’ viä.

• · • · ··· * · 1 « · 1 f • · ·

• M

• · ESIMERKKI 4 21 118506

Vesipohjaiset ASWP-päällystysliuokset ASWP-vesiliuosten koostumuksessa käytettiin 5 % ja 6 % proteiinia ja glyserolin 5 (1-3 %) ja sorbitolin (1-3 %) seosta pehmitteenä. Liuoksen pH säädettiin pH:hon 7,0 (1 M NaOH). Koesaija käsitti yhteensä 14 erilaista kalvonmuodostajan ja peh-miteseoksen yhdistelmää (Taulukko 2 ja 3).

Taulukko 2: Kalvopäällystyskokeet (Osa 1).

10 _

Koe__Koostumus (%)___ __ASWP__Glyseroli__Sorbitoli Päällystysliuos_ 1. (C) 5__0__0__Esilämmitys_ 2. (J) 5__1__0__Esilämmitys_ 3. (D) 5__0__1__Esilämmitys_ 4. (A) 5__1__1__Esilämmitys_ 5. (E) 5__2__0__Esilämmitys_ 6. (F) 5__0__2__Esilämmitys_ 7. (B) 5__2__2__Esilämmitys_ 8. (I) 5__3__0__Esilämmitys_ v.; 9. (K) 5__0__3__Esilämmitys_ 1Q.(G) 5__3__3__Esilämmitys_ • · • ♦ · • « · *·· · • · ·*·*; Taulukko 3: Päällystyskokeet (Osa 2) • « • · · • • · '.. . — .

Koe Koostumus (%)___ __AS WP__Glyseroli__Sorbitoli Päällystysliuos_ _L__5__1__1__Ei esilämmitystä_ "* 2.__5__1__1__Esilämmitys_ _3.__§.__1,2 1,2__Ei esilämmitystä_ |_Α_|_6_ 1,2_ 1,2_Esilämmitys_ 15 « · t : Tulokset päällystyskokeista on esitetty esimerkissä 16.

• ·« • * ESIMERKKI 5 22 118506

Maltodekstriinin lisääminen ASWP -kalvokoostumukseen

Aktivoitujen liukenevien heraproteiinien (ASWP) fraktiosta valmistettiin 7,5 % ve-5 siliuos, joka sisälsi myös maltodekstriiniä (hydrolysoitumisaste 9 %) 5 % sekä glyserolia 4 % ja sorbitolia 1 % pehmitteinä. Liuoksen pH säädettiin pH:hon 7,0 (1 M NaOH). Liuokset lämmitettiin uunissa 1 tunnin ajan 70 °C:ssa (A) ja 80 °C:ssa (B), ja niiden annettiin sen jälkeen jäähtyä huoneenlämpötilaan (20-22 °C), jonka jälkeen liuokset kaadettiin Teflon-muotteihin (vapaiden kalvojen valaminen). Kalvot 10 kuivatettiin vaakasuorassa 21 °C / 45 % RH yhteensä 48 tunnin (A) tai 24 tunnin (B) ajan. Kuivauksen jälkeen kalvot irrotettiin varovasti muotista ja ne olivat läpikuultavia ja elastisia. Käsittelyn A mukaiset kalvot tarttuivat herkästi kiinni muottiin, mitä ilmiötä ei havaittu käsittelyn B mukaisilla kalvoilla.

15 ESIMERKKI 6 ASWP-kalvojen hapon kestävyys ASWP-kalvojen liukeneminen tutkittiin pH:ssa 2,0 ja 6,8. Alkuperäistä esisuodatet- tua heraproteiinikonsentraattia ja ASWP-fraktiota käytettiin suhteessa 70:30, kun 20 valmistettiin 9 % vesiliuos. Liuos sisälsi myös 5 % maltodekstriiniä (DE9) sekä 3 %

.1··. glyserolia ja 1 % sorbitolia pehmitteinä. Liuoksen pH säädettiin pH:hon 7,0 (1 M

• · ;"!t NaOH). Liuosta lämmitettiin uunissa 30 minuutin ajan 85 °C:ssa ja sen annettiin • · · **’ I sen jälkeen jäähtyä huoneenlämpötilaan (20-22 °C), minkä jälkeen liuos kaadettiin ,1 Teflon-muotteihin (vapaiden kalvojen valaminen). Kalvot kuivatettiin vaakasuoras- • · · 25 sa 21 °C / 45 % RH yhteensä 24 tunnin ajan. Kuivauksen jälkeen kalvot irrotettiin !··.: varovasti muotista ja tutkittiin. Kalvot pysyivät liukenemattomina (hajoamatta) 0,1 M HCl:ssä (pH 2) 37 °C:ssa 6-7 tuntia, minkä jälkeen ne liukenivat. Kalvot pysyi-vät myös hajoamatta aluksi 0,1 M HCl:ssä (pH 2) 37 °C:ssa 4 tuntia ja sen jälkeen 0,1 M fosfaattisitraattipuskuriliuoksessa (pH 6,8) 37 °C:ssa 4 tuntia.

* ·:··: 30 • « ··· • · · • · · « • e · • ·· • · 118506 23 ESIMERKKI 7 Kalvojen entsyymikäsittely

Alkuperäistä esisuodatettua heraproteiinikonsentraattia ja ASWP-fraktiota käytettiin 5 suhteessa 70:30, kun valmistettiin 9 % vesiliuos. Liuos sisälsi myös 5 % maltodekstriiniä (DE9) sekä 3 % glyserolia ja 1 % sorbitolia pehmitteinä. Liuoksen pH säädettiin pH:hon 7,0 (1 M NaOH). Liuosta lämmitettiin uunissa 30 minuutin ajan 85 °C:ssa ja sen annettiin sen jälkeen jäähtyä huoneenlämpötilaan (20-22 °C), jonka jälkeen liuos kaadettiin Teflon-muotteihin (vapaiden kalvojen valaminen). Vapaat 10 kalvot kuivatettiin vaakasuorassa 21 °C / 45 % RH yhteensä 24 tunnin ajan. Kuivauksen jälkeen kalvot irrotettiin varovasti muotista ja tutkittiin. Kalvot inkuboitiin pepsiiniä (0,1 %) sisältävässä väliaineessa (0,1 M HC1; pH 2) 37 °C‘.ssa, kunnes ne liukenivat 30-45 minuutissa.

15 ESIMERKKI 8

Emulsio ja mikrokapselointi

Alkuperäistä esisuodatettua heraproteiinikonsentraattia ja ASWP-fraktiota käytettiin suhteessa 70:30 vesipohjaisen 5 % liuoksen valmistamiseksi. Rapsiöljyä lisättiin 13

20 % (laskettuna liuoksen painosta) ja seoksen pH-arvoksi säädettiin pH 6,5 (1 M

:***: NaOH). Seosta kuumennettiin vesihauteessa 60 °C:seen, minkä jälkeen se homo- • · · • genoitiin Ultra Turraxilla emulsion saamiseksi ja lopuksi ajettiin FT-9 homogeni-·«· · saattorin läpi kolme kertaa. Emulsio pastöroitiin 75-78 °C:ssa 5 minuutin ajan ja jäähdytettiin huoneenlämpötilaan (20-22 °C). Lopullinen emulsio säilytettiin viile- • 1 25 ässä paikassa, 8 °C:ssa. Mikrokapseleiden valmistusta varten emulsio lämmitettiin *“2 huoneenlämpötilaan (20-22 °C) ja suihkekuivattiin laboratoriokoon suihkekuivaa- jalla (Buechi Mini Spray Dryer B-191, Switzerland). Tulo- ja poistumislämpötilat ···: olivat 170 °C ja 90 °C. Suihkutuspaine pidettiin tasolla 5 bar. Tällä menetelmällä rapsiöljy mikrokapseloitiin hyvällä menestyksellä ja lopputuloksena saatu tuote (eli m ·...: 30 mikrokapselit) oli valkoista, vapaasti vierivää jauhetta jonka partikkelikoko oli 1-2 pm (Kuva 3).

• · • · · • · · • · · · • · · • ·· 2 • 1 ESIMERKKI 9 24 118506

Maapähkinöiden päällystäminen - kalvopäällystysliuoksen koostumus ja sen valmistus 5 Aktivoitujen liukenevien heraproteiinien (ASWP) pitoisuus päällystysliuoksessa oli 5 %. Pehmitteenä käytettiin glyserolin 1 % ja sorbitolin 1 % (laskettuna liuoksen kokonaispainosta) seosta, joka lisättiin liuokseen sekoittaen. Liuoksen pH säädettiin pH:hon 7,0 (1 M NaOH). Liuosta lämmitettiin uunissa 60 minuutin ajan 70 °C:ssa ja sen annettiin sen jälkeen jäähtyä huoneenlämpötilaan (20-22 °C). Käyttövalmista 10 liuosta säilytettiin viileässä 8 °C:ssa 5 kuukautta ennen päällystystä. Kalvopäällys-tyksen tulokset on esitetty esimerkissä 14.

ESIMERKKI 10 15 Vapaat kalvot; koesarja ASWP-fraktiota käytettiin vapaiden kalvojen valmistuksessa. Vesiliuokset sisälsivät 7,5 % tai 10 % ASWP:tä sekä 3 % glyserolia ja 1 % sorbitolia pehmitteinä (laskettuna liuoksen kokonaispainosta). Titaanidioksidia (1 %) lisättiin joihinkin liuoksiin estämään muodostuvan kalvon kiinnitarttumista. Liuoksia lämmitettiin uunissa 60 20 minuutin ajan 70 °C:ssa (lukuunottamatta yhtä liuosta, joka valmistettiin ilman .··*. lämpökäsittelyä) ja niiden annettiin sen jälkeen jäähtyä huoneenlämpötilaan (20-22 °C), jonka jälkeen ne kaadettiin Teflon-muotteihin (vapaiden kalvojen valaminen).

* # \ Kalvot kuivatettiin vaakasuorassa 21 °C / 45 % RH yhteensä 24 tunnin ajan (lu- • .. , kuunottamatta kalvoja, jotka oli valettu ilman lämpökäsittelyä valmistetusta liuok- 25 sesta; näillä kalvoilla kuivausaika oli 48 tuntia). Kaikki kalvot olivat läpikuultavia • · ’···' ja elastisia.

·»·

Taulukko 4: Vapaiden ASWP-kalvojen koostumus.

φ * • · φ · · "*: Koe__Koostumus (%)___ ·:**:__ASWP__Glyseroli__Sorbitoli Titaanidioksidi_ 1. 7,5*] 3 1 *:* *. 2. 10,O*1 3__1__:_ ** _3.____3__1__1_ 4. 7,5*2 1 3 11 11 25 1 1 8506 *l Lämpökäsittely 70 °C 1 h; *2 Ei lämpökäsittelyä

Vapaat kalvot käytettiin säilyvyysseurantakokeeseen ja tulokset on esitetty esimerkissä 19 5 ESIMERKKI 11 Päällystysliuosten valmistus ASWP-fraktiota käytettiin neljän kokeellisen päällystysliuoksen valmistuksessa. Vesiliuokset sisälsivät 5,0 % ASWP:tä sekä 1 % glyserolia ja 1 % sorbitolia pehmit-10 teinä (laskettuna liuoksen kokonaispainosta). Liuosten pH säädettiin pH:hon 7,0 (1 M NaOH). Tämän jälkeen niitä lämmitettiin uunissa 60 minuutin ajan 70 °C:ssa ja annettiin sen jälkeen jäähtyä huoneenlämpötilaan (20-22 °C). Päällystysliuoksia säilytettiin viileässä 6-8 °C:ssa. Kalvon kiinteät apuaineet (magnesiumstearaatti, titaanidioksidi) lisättiin liuoksiin juuri ennen päällystystä, minkä jälkeen päällystys-15 liuokset homogenoitiin maitomaiseksi suspensioksi (= käyttövalmis päällystysliu-os). Magnesiumstearaattia ja titaanidioksidia käytettiin kolmessa päällystysliuokses-sa 0,5-2 % (laskettuna liuoksen kokonaispainosta) estämään muodostuvan kalvon kiinnitarttumista (ks. taulukko 5).

20 Taulukko 5: ASWP -kalvokoostumukset.

• * * · · • · • · .11 : .·. Koe__Koostumus (%) ____ !".· ASWP Glyseroli Sorbitoli Magn. Titaanidi- Kinoliini, • · .. . stear. oksidi keltainen • * * • · • · ··· _ J _L__5__1__1__-__-__-_ 2._ 5_ 1 1 1 _ 1 • ' ' I — I — .il - --- — ^ .»:* _3.__5__1__1__0*5__0*5__0*1_ C: 4. 5 1 1 2 2 0,1 • • ·

Tulokset vastaavista päällystyskokeista näillä päällystyskoostumuksilla on esitetty • esimerkissä 17.

• ·· • · · • · · : . 25 • · · • ·· • · 118506 26 ESIMERKKI 12 Kapselin kuorien valmistus

Kapselinkuorien liuokset sisälsivät 9 % proteiinia (30 % liukoista fraktiota (ASWP) 5 ja 70 % alkuperäistä heraproteiinikonsentraattia), glyserolia 4 % ja sorbitolia 1 %. pH säädettiin arvoon 5,0 (1 M NaOH). Liuoksia kuumennettiin lämpökaapissa 70 °C:ssa 1 h ja jäähdytettiin huoneenlämpötilaan (20-22 °C).

Kapselin kuorien valmistusta varten liuos kuivattiin laboratoriokokoisella suihke-kuivurilla (Buechi Mini Spray Dryer B-191, Switzerland). Syöttölämpötila oli 170 10 °C, poistumislämpötila 90 °C ja sumutuspaine 5 bar.

Kapselin kuorien valmistusliuos tehtiin suihkekuivatusta jauheesta (proteiinipitoisuus 53,1 %). Liuos sisälsi 40 % proteiinia (15 g jauhetta liuotettiin 20 ml:aan puhdistettua vettä ja pH säädettiin arvoon 6,5 5 M NaOH:lla). Liuottaminen tapahtui puolen gramman erinä sekoittaen samalla koko ajan (syntyi hieman ilmakuplia). 15 Kapselin kuori valmistettiin kastamalla sauva kerran liuokseen ja kuivattiin lämpimällä ilmalla noin 5 minuuttia niin, ettei liuos enää valunut. Lopuksi proteiinin peittämä sauva jätettiin kuivumaan huoneenlämpötilaan (20-22 °C) 4-5 h ajaksi, jonka jälkeen kapselin kuori oli valmis poistettavaksi sauvan päältä.

·*·*· 20 i * i EXAMPLE 13 • · ··· • ♦ * · « « t Äidinmaidon korvikkeen perusmalli • · • · · • · » 25 Äidinmaidon korvikkeen perusmalli tehtiin rasvattomasta maidosta (Valio), hera- « * *··** proteiinin saostumafraktiosta (P 13), rypsiöljystä (Raisio Yhtymä Oy) ja laktoosista (JuustoKaira Oy) »·· • · · · *»« •... * Äidinmaidon korvikkeen perusmalli sisälsi 30 • · itii! Proteiinia 1,5 % • · . Heraproteiinia 1,0% ·.· · Kaseiinia 0,5 %

Rasvaa 3,5 % Rypsiöljyä 35 Hiilihydraattia 7,3 % Laktoosia 118506 27

Heraproteiinin saostumafraktio toimi emulgaattorina; muuta emulgaattoria ei käytetty

Rasvaton maito sisälsi: 5 Proteiinia 3,3 %

Kaseiinia 2,5 %

Heraproteiinia 0,6 %

Muita typpipit. aineita 0,2 %

Hiilihydraattia: 10 Laktoosia 4,9 %

Rasvaa 0 %

Saostumafraktio (P 13) sisälsi: 15 Proteiinia 7,93 % 79.3,g/1

Kuiva-aine 8,92 % 89,2 g/1

Hiilihydraattia ym. 0,85 %

Tuhkaa (suoloja) 0,14 % 20

Perusmallin koostaminen: • * • · · • · · • · .·*·, 20 litraan perusmallia tarvitaan: • · · • * • · · 25 Kaseiinia 0,5 %.

• · .. . Kaseiini saadaan 3,70 litrasta rasvatonta maitoa.

• · · • 0 • * • · · · *···* Heraproteiinia 1,0% 3,70 litrassa rasvatonta maitoa on heraproteiinia 22 g. 20 litrassa 1,0 % heraproteii-30 nia on proteiinia 200 g, joten proteiinin tarve oli 178 g. Siihen tarvittiin heraprote-:>4*: iinifraktiota (P 13) 2,25 litraa • · t Laktoosia 7,3 % • · . Rasvattoman maidon laktoosin määrä oli 3,70 litrassa 181 g. 20 litraan perusmallia V : 35 tarvitaan 1460 g laktoosia, joten tarvittava laktoosilisä oli 1,28 kg.

• ♦ • · ♦ • ♦♦ • ·

Rasvaa 3.5 %

Rasva lisättiin rypsiöljynä. Sitä tarvittiin 35 g/1, joten kokonaistarve oli 700 g.

28 Äidinmaidon korvikkeen perusmallin valmistus

Perusmalli valmistettiin 40 litran lämmitettävässä ja sekoitettavassa astioissa. Asti-5 oihin otettiin mikrosuodatettua vettä 12 1 ja kuumennettiin 45 °C:seen. Lämpimään veteen liuotettiin ensin laktoosi 1,28 kg. Seuraavaksi lisättiin 2,25 litraa saostuma-fraktiota. Se sekoittui tasaiseksi suspensioksi. pH säädettiin 6,5:een 4,0 N NaOH:lla. Rasvaton maito, 3,70 litraa, lisättiin tämän jälkeen. Viimeisenä lisättiin rypsiöljy 700 g eli 800 ml.

10

Suspensiota sekoitettiin tehokkaasti, jolloin öljy sekoittui homogeenisesti perussus-pensioon. Suspension lämpötila nostettiin 63 °C:seen ja sekoittamista jatkettiin.

Λ

Kuumennettu suspensio homogenoitiin ensin 70 kg/cm paineella. Homogenoinnis-sa suspension muuttui valkeaksi ja muistutti täysrasvaista maitoa. Toinen homo-15 genointi tapahtui 120 kg/cm paineella. Lämpötila pidettiin sen jälkeen 50 °C:ssa. Välittömästi homogenoinnin jälkeen suoritettiin pastörointi 78 °C ja viipymäaika oli noin 35 sekuntia. Pastöroinnin jälkeen suspension pH oli 6,58. Siitä otettiin näytteet analyysejä varten ja jäähdytettiin 8 °C:seen, missä sitä säilytettiin.

20 Suspensiosta/korvikkeesta määritettiin kuiva-aine, proteiinipitoisuus, sulfaattituhka sekä stabiilisuus ja proteiinin hydrolysoituvuus. Stabiilisuus määritettiin huoneen lämpötilassa (22 °C) ja 8 °C:ssa. Kolme 100 ml:n mittalasia täytettiin valmistetulla • · .···. suspensiolla ja pidettiin 24 tuntia huoneen lämpötilassa (22 °C) sekä kolme rinnak- :**·, kaista 8 °C:ssa 2 viikkoa, minkä jälkeen korvikkeen/suspension homogeenisuus tai • · · j 25 erottuminen kerroksiksi tarkastettiin.

• · »* · • · · :t ;’ Huoneenlämpötilassa korvike pysyi 24 tunnin jälkeen homogeenisena eikä erottu- *···* mistä ollut havaittavissa. 8 °C:ssa korvike pysyi homogeenisena kaksi viikkoa ja oli vielä neljän viikon jälkeenkin homogeeninen eikä erottumista ollut havaittavissa.

*:* 30

M»· -'V

:]*]: Valmistetusta äidinmaidon korvikkeen perusmallista ”0” tehtiin hydrolysoituvuus- testi pepsiinillä pH 2:ssa 3 tuntia ja sen jälkeen trypsiinillä pH 8:ssa 2 tuntia näin • · ttii. jäljitellen ruoansulatuskanavan olosuhteita. Hydrolyysiaste määritettiin OPA-mene- telmällä. Vertailuna käytettiin kahta kaupallista äidinmaidon korviketta ”P” (jauhe) V : 35 ja ”T” (käyttövalmis).

• · • · · • »I « · 118506 29

Taulukko 6: Äidinmaidon korvikkeiden hydrolyysiaste Korvike Tuotteet (O, P, T) __Hydrolyysi-%___

Aika (h)__O__P__T__Käsittely_ 1 7,49__7,51__4,40 Pepsiini pH 2_ 2 __10,43__7,91__7,00 Pepsiini pH 2_ _3__10,55 8,87__6,33__Pepsiini pH 2_ 3,5__17,95__15,05 9,69 TrypsiinipH8_ _4__18,55__16,05__11,09 Trypsiini pH 8_ 5 ESIMERKKI 14

Menetelmä maapähkinöiden kalvopäällvstämiseksi ASWP-liuoksella käyttäen sivuilmastoitua rumpupäällvstvslaitetta 10 Pigmentoimaton päällystysliuos

Kalvopäällystyksen suorittaminen : V: Aineet ja menetelmä päällystysliuoksen valmistamiseksi on kuvattu esimerkissä 9.

:***: 15 Vesiliuokset sisälsivät 5 % ASWP:tä sekä 1 % glyserolia ja 1 % sorbitolia peh- • niitteinä (laskettuna liuoksen kokonaispainosta). Päällystettävinä ytiminä käytettiin tn · ....: j oko kuorettomia tai kuorellisia maapähkinöitä.

·· · • · · • · ]..! Maapähkinät päällystettiin laboratoriomittakaavan instrumentoidulla tablettien rum- *··*’ 20 pupäällystyslaitteella (Thai coater, model 15, Pharmaceuticals and Medical Supply

Ltd. Partnership, Thaimaa). Eräkoko oli 900 g maapähkinöitä. Ennen päällystämistä • · 9 •••j maapähkinöitä esilämmitettiin 5 minuutin ajan, kunnes rummun lämpötila oli nous- sut 40 °C:seen. Muut päällystyksen aikaiset prosessiparametrit olivat seuraavat: a ·:··: pumpun syöttönopeus 2,2 kierr./min, sumutuspaine 300 kPa, rummun pyörimisno- 25 peus 5 kierr./min, rummun alipaine 5 Paja ilman ulos virtausnopeus rummusta 20 1/s. Päällystysliuosta sumutettiin 221 g erää kohti. Heti päällystysliuoksen syötön V * lopettamisen jälkeen maapähkinöitä kuivattiin pyörivässä rummussa 40 °C:ssa vielä \**: 5 minuutin ajan. Tämän jälkeen päällystetyt maapähkinät siirrettiin huoneenlämpö- tilaan (25 °C/ RH 60 %) vähintään 24 tunnin ajaksi ennen niiden tutkimista.

118506 30

Aistinvaraisen arvioinnin perusteella ASWP-päällysteisten maapähkinöiden ulkonäkö oli tyydyttävä ja ne eivät olleet tarttuneet toisiinsa kiinni päällystyksen ja kuivauksen aikana. Maapähkinöiden päällystäminen ASWP-vesiliuoksilla sujui ilman 5 minkäänlaisia teknisiä ongelmia tai vaikeuksia.

ESIMERKKI 15 10 Menetelmä ASWP-kalvoien valmistamiseksi ia kalvonmuodostusominaisuiidet

Vapaiden kalvojen valmistus ja tutkiminen

Vapaat ASWP-kalvot, joissa pehmitteenä käytettiin glyserolia, valmistettiin vala-15 maila. ASWP-vesiliuosten valmistus on kuvattu aikaisemmin esimerkissä 2 ja niiden koostumukset on esitetty oheisessa taulukossa 7.

Taulukko 7: ASWP-vesiliuosten koostumus.

20 __

Aine Koostumus (%) _____ j*(a) 2*(a) 3*(V) 4*(b) 5*(°) 6*(c) 7*(d) g*(d) AS WP_ 3% 4% 3% 4% 3% 4% 3% 4%

Glyseroli__1% 2% 2% 1% 2% 1% 1% 2%

Puhdistettu vesi q.s. q.s. q.s. q.s. q.s. q.s. q.s. q.s.

^ * Lämpökäsittelyt: (a) 70 °C/10 min; (b) 70 °C/20 min; (c) 80 °C/10 min; (d) 80 •’..f °C/20 min • » • · ie«

Kalvoja säilytettiin 1 viikon ajan kontrolloidussa huoneolosuhteissa (25 °C /60 % 25 RH) ennen niiden kiinteän tilan rakennetutkimusta (röntgendiffraktiometri XRD, • · · atomi-voimamikroskooppi AFM). Noin 1 kuukauden säilytyksen jälkeen (25 °C /60 % RH) em. kalvoista tutkittiin ulkonäkö ja rakenne pyyhkäisyelektronimikroskoo-pin (SEM) avulla. Kalvonäytteiden XRD-analyysi tehtiin symmetrisessä heijastus- ♦ · . moodissa CuK^ säteilyssä (1,54 Ängströmia). Kulmatila oli välillä 2 °- 60 0 (20) : 30 0,02 ° välein ja mittausaika oli 20 s/vaihe kaikissa mittauksissa. Atomivoimamikro- • · skooppi (AFM) oli Park Scientific Instruments Autoprobe CP (Thermomicroscopes, USA) varustettuna erikoismittauspäällä. Mittaukset suoritettiin IC-AFM (jaksottai- 118506 31 nen kontakti-AFM) moodissa. Faasikuvien ottamista varten atomivoimamikro-skooppi varustettiin M.A.P.©-moduulilla, joka mahdollistaa voimamittauksen sekä faasi-erotussignaalien mittauksen. Pyyhkäisyelektronimikroskooppia, SEM (Jeol JSM-840A, Jeol, Japani) käytettiin tutkittaessa säilytyksen aikaisia kalvon ulkonäön 5 ja morfologian muutoksia (1 kk 25 °C / 60 % RH).

Kalvojen morfologia ja fysikaaliset ominaisuudet

Aistinvaraisesti tarkasteltuna ASWP-kalvot olivat läpikuultavia ja kirkkaita sekä 10 helposti käsiteltäviä, sillä ne eivät tarttuneet juurikaan. Lyhytkestoinen säilytys (1 kk 25 °C/60 % RH) ei muuttanut kalvon ulkonäköä lukuunottamatta lievää tummumista. Kalvot, jotka sisälsivät ASWP:tä 4 % ja glyserolia 1 % pehmitteenä (kokeet 4 ja 6), olivat kuitenkin selvästi hauraampia kuin muut kalvot. Kalvojen hauraus saattaa johtua pehmitteen (glyseroli) riittämättömästä määrästä tai pehmitteen 15 osittaisesta poistumisesta kaivorakenteesta (pisaroituminen) säilytyksen aikana.

Pyyhkäisyelektronimikroskoopin (SEM) kuvat osoittavat, että kalvojen morfologia ja rakenne eivät ole kovinkaan paljon riippuvaisia päällystysliuoksen valmistuksesta (lämpötila ja aika) ja lyhyen aikavälin säilytyksestä (kuvat 4A-H). Kalvoissa, jotka 20 oli pehmitetty glyserolin suuremmilla pitoisuuksilla (2 %), oli vähemmän pintavirheitä kuin muissa kalvoissa (kuvat A, C, E, G). Kalvoissa, jotka oli pehmitetty pie-:V: nemmällä glyserolin määrällä (1 %), oli havaittavissa suhteellisen suuria epäsään- :***; nöllisiä läikkiä ja sirpaleita (kuvat A, D, F, G). SEM-kuvien mukaan kalvot, jotka ··· • oli valmistettu päällystysliuoksen pidemmän lämpökäsittelyn kautta (20 min), olivat ··♦ · 25 pääosin homogeenisia rakenteeltaan. Jos pehmitteen määrä oli pieni (1 %), niissäkin ; ·. ♦. kalvoissa esiintyi kuitenkin taipumusta fragmentoitumiseen.

• · • · ·♦· *“* XRD-tulokset osoittivat, että ASWP-kalvoissa ei tapahtunut kiteytymistä lyhyen aikavälin säilytyskokeen aikana (1 vko 25 °C/60 % RH). Kiteisyyttä osoittavia piik- ··♦· 30 kejä ei diffraktiogrammeista voitu havaita. Näin ollen ko. kalvot ovat rakenteeltaan pääosin amorfisia ja kalvonmuodostaja on epäjäijestyneessä muodossa kalvomatrik- ·...: sissa. Atomivoimamikroskoopin (AFM) kuvien perusteella voidaan erottaa kolme erillistä faasia kaikissa tutkituissa kalvoissa. Erottuneet faasipisarat näyttävät olevan suurimpia erissä 1 ja 2, ja pienimpiä erissä 3:sta 7:ään. Keskimmäisen käsittelyn *·* : 35 kautta valmistetuissa kalvoissa esiintyy pienimpiä ’’pisaroita” (Kuva 5). Kalvokoos- • * tumuksen (sekä lämpökäsittelyn) ja suurten läikkien/aukkojen (kun asiaa tutkittiin 60 x 60 pm:n suuruiselta alueelta), pienten läikkien (tutkittu pienistä kuvista) tai aukkojen määrällä ei ollut havaittavissa mitään korrelaatiota.

118506 32 ESIMERKKI 16

Menetelmä tablettien kalvopäällvstämiseksi ASWP-liuoksella käyttäen sivu-5 ilmastoitua rnmpnpäällvstvslaitetta

Pigmentoimaton päällystysneste

Kalvopäälfystyksen suorittaminen 10

Aineet ja menetelmä päällystysnesteen ja/tai -disperison valmistamiseksi on kuvattu esimerkissä 4. Vesiliuokset sisälsivät 5 % ja 6 % ASWP:tä (taulukot 2 ja 3). Peh-mitteenä lisättiin ja sekoitettiin liuokseen glyserolia ja sorbitolia sekä niiden seosta (1:1). Päällystysliuosastian annettiin olla vesihauteessa 75 °C:ssa 15 minuuttia en-15 nen sen käyttöä (lämpökäsittely, vrt. taulukot 2 ja 3).

Tablettiydinten (substraatit) sisälsivät: teofylliini (Ph.Eur.) 5 %, laktoosi monohyd-raatti 30 %, mikrokiteinen selluloosa 56 %, talkki 8 % ja magnesiumstearaatti 1 %.

20 Tabletit päällystettiin laboratoriomittakaavan instrumentoidulla rumpupäällystys-laitteella (Thai coater, model 15, Pharmaceuticals and Medical Supply Ltd. Part-nership, Thaimaa). Eräkoko oli 1000 g tablettiytimiä. Ennen päällystämistä tablette- • · .***. ja esilämmitettiin 10 minuutin ajan, kunnes rummun lämpötila oli noussut 40 • · · : .·, °C:seen. Päällystysnestettä sumutettiin 325 g erää kohti. Heti päällystysliuoksen 25 syötön lopettamisen jälkeen tabletteja kuivattiin pyörivässä rummussa 40 °C:ssa • · .. . vielä 5 minuutin ajan. Muut päällystyksen prosessiparametrit on esitetty taulukossa \.·* 8. Tämän jälkeen päällystetyt tabletit siirrettiin huoneenlämpötilaan (25 °C/ RH 60 • · * · · · * %) vähintään 24 tunnin aj aksi ennen niiden tutkimista.

30 Päällystetyistä tableteista tutkittiin ulkonäkö (aistinvaraisesti ja stereomikroskoopin • · · avulla), tablettien paino ja painon vaihtelu (n = 20), radiaalinen murtolujuus (Schleuniger; n = 10), liukeneminen Euroopan farmakopean mukaisella lapamene-telmallä (n = 6) sekä tablettien dimensiot ennen ja jälkeen päällystyksen (Sony- • ♦ . mikrometri; n = 10).

··· * ♦ « ~ .

·.♦ * 35 • ♦ :.*·· Päällystyskokeet suoritettiin koesuunnittelukaavion mukaan, joka on esitetty esi merkissä 4 (taulukot 2 ja 3), ja yksittäiset kokeet suoritettiin satunnaistetussa järjestyksessä (ks. esimerkki 4).

Taulukko 8: Päällystysparametrit.

33 118506

Prosessiparametri__Osa 1__Osa 2_ Päällystysnesteen syöttönopeus 3,5 5,0 (g/min)__(= 2,2 kierr./min) (= 3,0 kierr./min)

Sumutuspaine (kPa)__300__300_

Rummun lämpötila (°C)__40__50_

Rummun pyörimisnopeus (kierr./min) 7__5_

Rummun alipaine (Pa)__^5__-5_

Poistoilman virtausnopeus (1/s)_Q8_|jjS_ 5 ASWP-liuosten käytettävyys päällystysprosessissa

Tablettien päällystäminen ASWP-vesiliuoksilla sujui ilman teknisiä ongelmia tai vaikeuksia. Osan 1 päällystyserissä tablettien kiinnitarttumista rummun seinämiin ei juurikaan havaittu päällystyksen aikana. On kuitenkin todettava, että vähäistä tablet-10 tiydinten pinnan mekaanista eroosiota ja hankautumista todettiin, mikä vaikutti päällystettyjen tablettien ulkonäköön. Yhteenveto osan 2 päällystysten onnistumisesta (käytettävyydestä) on esitetty taulukossa 9.

• · · • · 1 • · • · · » · • · • · φ · • · · • · · «t» · • · • · · • · ♦ • · • · • · · • · • · * · · • · · ···» • · » • · • · • 1 · * • · • · • ·· • · 1 • 1 · · * · · • · · • · 118506 34

Taulukko 9: ASWP-liuosten käytettävyys tablettien päällystysprosessissa (Osa 2).

Koe__Koostumus (%)_ Päällystysprosessin kuvaus ASWP Gly Sor (rummun pyörimisnop. 5 kierrJmin; 50 ‘C; _____päälnesteen syöttönop. 3,0 kierr./min)_ 1. *__5__1__1__Ei päällystysteknisiä ongelmia._ 2. 5 11 Pientä tablettien tarttumista rummun seinä miin ja lapoihin havaittavissa (erityisesti _____päällystyksen lopussa)._ 3. * 6 1,2 1,2 Selkeää tablettien tarttumista rummun sei nämiin ja lapoihin (useita tabletteja). Koos- _____tumus ei sovellu päällystykseen._ A_|_6_| 1,2 1 1,2 Selkeää tablettien tarttumista._ * Päällystysnestettä ei lämpökäsitelty.

5 Päällystettyjen tablettien tutkiminen Päällystettyjen tablettien ulkonäkö vaihteli suuresti, mikä osoitti sen, että kaikki 10 kokeelliset päällystekoostumukset eivät soveltuneet käyttötarkoitukseensa ja sen, • v.; että päällystekoostumukset olivat herkkiä myös päällystysolosuhteille. Paras loppu- tulos saavutettiin päällystyskoostumuksella 4, jossa oli ASWP:tä 5 % ja pehmite-: seosta 1 % (glyseroli ja sorbitoli 1:1).

• · 15 Taulukko 10: Päällystettyjen tablettien ulkonäkö aistinvaraisesti arvioituna .···. (pisteytys 0-10).

··· . Koe/Osa 1 Koostumus (%) _ _ Ulkonäkö* **"__ASWP__Glyseroli__Sorbitoli__(pisteytys 0-10) V L__5__0__0__4_ *:·*: 2.__5__1__0__4_ ·:·: _3.__5__0__1__6_ a_j__i__i_i_ V ! 5. 5 2 0 4 * · · -— — — - - ** *5 6.__5__0__2__4_ 7. 15 \2 \2 11 118506 35 8. Is 13 10 " 1_ 9. __5__0__3__6_ 10. 5 I 3 I 3 10 ♦Tablettiydinten pinnan mekaanista eroosiota ja hankautumista todettiin, mikä vaikutti päällystettyjen tablettien ulkonäköön.

5 Tablettien painolisäys ja painovaihtelu päällystyksen jälkeen oli hyvä kaikissa pääl-lystyserissä, mikä osoitti osaltaan tutkittujen päällysteformulaatioiden käyttökelpoisuuden rumpupäällystyksessä (taulukko 11).

Taulukko 11: Tablettien paino ja painovaihtelu päällystyksen jälkeen (n = 20).

10 ___

Koe/ Osa 1 Koostumus (%)___Keskipaino ja painonvaihtelu __ASWP Glyseroli Sorbitoli Ka (mg) S.D. RSD%

Tablettiydin__-__-__498,7__3J5__0^8_ J.__5__0__0__509,6 9,8 1,9 2,__5__1__0__507,5 3,2 0,6 _3.__5__0__1__507,8 4,8 1,0 A.__5__1__1__509,6 4,0 0,8 _5.__5_2__0__508,6 12,8 2,5 :X: 6,__5_0_2__511,7 4,3 0,8 O _7.__5_ 2_ 2__512,9 3,0 0,6 _8.__5_ 3__0__515,7 4,5 0,9 9.__5__0__3__510,1 5,7 1,1 f\: 1 10. I 5 13 13 518,4 6,0 1,2 • · · • · • · • · · Päällystettyjen tablettien mekaaninen kestävyys oli kohtalaisen suuri, mutta hieman "··. yllättäen murtolujuus ei ollut kuitenkaan lisääntynyt tablettiydinten murtolujuuteen • · 15 nähden. Kahta päällystyserää lukuunottamatta tablettien murtolujuuden vaihtelu *:**· päällystyserissä oli pientä, mikä osoitti ASWP-päällystysliuosten käytettävyyden tablettien rumpupäällystyksessä (tauluk-ko 12).

·1· * 1 1 • · · · « · i • · · • ·

Taulukko 12: Tablettien mekaaninen kestävyys päällystyksen jälkeen (n = 10).

36 118506

Koe/ Osa 1 Koostumus (%)___Mekaaninen kestävyys_ ASWP Glyseroli Sorbitoli Ka (N) S.D.__RSD %

Tablettiydin ___-__99,6__43__43_ _L__5__0__0__86,1 193 22,5 2.__5__1__0__81,6 3,4 4,1 _3.__5__0__1__77,5 5,3 6,9 A.__5 1__1__81,9 5,3 6,4 _5.__5__2__0__77,6 6,0 7,8 _6.__5__0__2__74,9 5,6 7,5 _7.__5__2__2__76,4 4,6 6,0 _8.__5__3__0__78,9 6,7 8,5 9. __5__0__3_ 87,8 11,0 12,5 10. 1 5 1 3 | 3 78,9 5,4 6,8 ASWP-päällysteiset tabletit voidaan luokitella nopeasti hajoaviksi valmisteiksi, sillä 5 lääkeaineen (teofylliini) vapautui tableteista hyvin nopeasti (t50 % -arvot alle 10 min) kaikissa tutkituissa päällystyserissä (taulukko 13). ASWP-päällysteen liukeneminen ja lääkeaineen vapautuminen näytti olevan riippumatonta liukenemis-väliaineen pHista välillä pH 1,2 - 6,8.

• · * • · · • · 10 Taulukko 13: Päällystettyjen tablettien liukeneminen in vitro (n = 6)._ ·.· · Koe/ Osa 1 Koostumus (%)__T50 % (min)__ *:··: ASWP Glyseroli Sorbitoli 0.1NHC1 0.1NHC1 I pH 6,8 ______+ pepsiini__

Tabl.ydin - ___-__33__*__33_ _L__5 0__0__43__*__:_ 2.__5 1__0__73__*_j43_ ."i. _3.__5 0__1__53__*__:_ A.__5 1 1__33__*__:_ _5.__5_2__o__33__*__:_ _6.__5 0__2_j43__*__53_ _7.__5 2__2__:__*__:_ : 8._ 5 3 0 7,5 * • ·· — ————........—---—— — - 9. __5__0__3__33__*__33_ 10. 1 5 1 3 I 3 | 3,4 I * 1 - 118506 37 ESIMERKKI 17

Menetelmä tablettien kalvopäällvstämiseksi ASWP-Uuoksella käyttäen sivu-5 ilmastoitua rumpupäällvstvslaitetta

Pigmentoitu päällystysliuos

Kalvopäällystyksen suorittaminen 10

Aineet ja menetelmä päällystysliuoksen (dispersion) valmistamiseksi, tablettiydin-ten (substraattien) koostumus ja kalvopäällystysprosessi ja laitteet on kuvattu Esimerkissä 16. Pigmentoitujen päällystysliuosten koostumukset on esitetty taulukossa 14. Vesidispersiot sisälsivät 5 % (paino/paino) ASWP:tä. Pehmitteenä käytettiin 15 glyserolin j a sorbitolin seosta (1:1) j a se lisättiin j a sekoitettiin proteiinia sisältävään liuokseen. Kiinteät kalvoapuaineet (magnesiumstearaatti, titaanidioksidi) lisättiin päällystysliuokseen ja lopuksi seos homogenoitiin maitomaiseksi dispersioksi. Pääl-lystysliuosta (dispersio) käytettiin rumpupäällystyksissä 600 g/päällystyserä.

20

Taulukko 14: Pigmentoitujen päällystysliuosten (dispersiot) koostumus.

• · · • · · _ _ . _______ • · |- --— ·1"· Koe Koostumus (%)_____ * · 1 : .·. ASWP Glyseroli Sorbitoli Mg.stear. Titaanidi- Kinolii- ______oksidi ninkelt.

1. 5 1 1 _ - * · · 1 1 ^ __ 2. __5__i__l__l_j__ _3.__5__1__1__0,5__OjS__0,1 4. 5 1 1 2 2 0,1 *

»••I

·«» • · • · • · · • · • · M« • · · * · · · • · 1 • · · • ·

Taulukko 15: Päällystysparametrit.

38 118506

Prosessiparametri__Koe 1 ja 3__Koe 2 ja 4_ Päällystysliuoksen syöttönopeus 3,5 3,5 (g/min)__(= 2,2 kierr./min) (= 2,2 kierr./min)

Sumutuspaine (kPa)__300__300__

Rummun lämpötila (°C)__40__50_

Rummun pyörimisnopeus (kierr./min) 8*__8^_

Rummun alipaine (Pa)__^5__^_

Poistoilman virtausnopeus (1/s)_20 _[_20_ * Tablettiydinten esilämmitys rummun kierrosnopeudella 3 kierr./min ja päällystyksen alku 10-15 minuuttin 5 kierr./min.

5 ** Tablettiydinten esilämmitys rummun kierrosnopeudella 3 kierr./min ja päällys tyksen alku 5 minuuttia 5 kierr./min.

Päällystetyistä tableteista tutkittiin ulkonäkö (aistinvaraisesti ja stereomikroskoopin 10 avulla), tablettien paino ja painon vaihtelu (n = 20), radiaalinen murtolujuus (Schleuniger; n = 10), hajoamisaika Euroopan farmakopean mukaisella laitteistolla (n = 6) sekä tablettien dimensiot ennen ja jälkeen päällystyksen (Sony-mikrometri; n =10).

• · • · · :7: 15 I Pigmentoitujen ASWP-dispersioiden käytettävyys päällystysprosessissa • · • · · • · · • ·

Yleisesti tablettien päällystämisessä pigmentoiduilla ASWP-vesidispersioilla ei il- » · *** mennyt merkittäviä teknisiä ongelmia tai vaikeuksia. Kaikissa tutkituissa päällys- . 20 tyserissä havaittiin kuitenkin jonkin verran tablettien kiinnitarttumista rummun sei- • · · •**| nämiin päällystyksen aikana. Tämä ilmiö tuli erityisesti esille, kun päällystysdisper- :···: siota oli sumutettu tablettiytimiin yli 300 g (ts. yli puolet tavoitemäärästä) ja/tai yli ·;··· 90 minuutin ajan päällystyksen aloitushetkestä. Tablettien tarttuvuus oli kuitenkin huomattavasti vähäisempää kuin mitä oli vastaavilla päällystysformulaatioilla ilman 25 magnesiumstearaattia. Magnesiumstearaatin lisäys päällystekoostumukseen vähen- • · * *·* * tää tablettien kiinnitarttumista rummun seinämiin ja lapoihin, mikä parantaa ko.

päällystysmuodon käytettävyyttä rumpupäällystyksessä. On kuitenkin todettava, 118506 39 että vähäistä tablettiydinten pinnan mekaanista eroosiota ja hankautumista todettiin, mikä vaikutti päällystettyjen tablettien ulkonäköön.

5 Päällystettyjen tablettien tutkiminen Päällystetyt tabletit arvioitiin aistinvaraisesti ja tulokset on esitetty taulukossa 16 (pisteytys 0-10).

10

Taulukko 16: Päällystettyjen tablettien ulkonäkö aistinvaraisesti arvioituna (pisteytys 0-10).

Koe Koostumus (%)_____Ulkonäkö_ AS WP Gly Sorb Mg. Titaani- Kinolii- (pisteytys 0-10) _____stear. dioksidi nin kelt.__ 1. 5 1 1 -__:_2?_ 2. 5 111__1__ 3. 5 11 0,5 0,5__0J__6_ 4. 1 ~5 1 1 I 1 12 12 10,1 141 * Selkeää tablettien tarttumista rummun seinämään ja lapoihin päällystyksen lopus-15 sa • 1 • · • · ·1· • · • · · • · · ··· · Päällystyksen etenemistä ja ASWP-kalvon muodostumista tutkittiin ottamalla näyt-teitä (20 tablettia/näyte) säännöllisin väliajoin päällystysprosessin aikana (kokeen 4 20 mukainen päällystys: 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 ja 160 min). Tulokset on esi-***** tetty taulukossa 17.

·♦· ♦ ···♦ ·1· • ♦ • · ··· • · • · ·1♦ • · · • · · « • · ♦ • ·# • · 118506 40

Taulukko 17: Päällystysprosessin aikana otettujen tablettien ulkonäkö ja pääl-lystekalvon laatu aistinvaraisesti arvioituna (pisteytys 0-10).

Koe 4 Näytteenotto___Ulkonäkö_ Päällys- Päällystysnes- Päällysteen teoreet- (pisteytys 0-10) tysaika teenkulutus tinen määrä (min) (g) (ASWP) _ % mg/cm2 _ a. 20 65,0_ 0,3 0,6__9_ b. 40__135J__0,7 1,1__8_ c. 60 208,3__1,0 1,8__7_ d. 80 285,1__1,4 2,4__7_ e. 100 360,7__1,8 3,1__6_ f. 120 435,6_ 2,2 3,7 6_ g. 140 570,0_ 2,8 4,8__5_ h. __160__noin 600____5J__4_ 5 Taulukko 18: Tablettien paino ja painovaihtelu päällystyksen jälkeen (n = 10).

Koe Koostumus (%) Keskiarvoja-hajonta --^^^^-.fr-«a,—,- ASWP Gly Sorb Mg. Titaani- Ka S.D. RSD% • · [···’_____stear. dioksidi (mg)___ : Tabl.ydin__-__-__-__498,7 3,8 0,8 *"** J_.__5 1 1_ -__517.5 3.7 0,7 fV 2.__5 111___521.0 4,4 0,8 O _3.__5 1 1_ 0,5 0,5 518,4 4,0 0,8 4. 15 I 1 I 1 12 2 522,4 2,7 0,5 • · · • # * · • · · • · • ·

Ml • · • · • · · « · · • · « ·

• I I

• ·· • · 118506 41

Taulukko 19: Tablettien mekaaninen kestävyys päällystyksen jälkeen (n = 10). Koe Koostumus (%) Keskiarvoja-hajonta __ (n =10) _

ASWP Gly Sorb Mg. Titaani- Ka S.D. RSD

_____stear. dioksidi (N)___%

Tabl.ydin__-__-__-__99,6 4,3 4,3 __5 11-___93,7 5,9 6,3 2.__5 111___85,6 3,8 4,4 _3.__5 1 1_ 0,5 0,5 79,3 7,1 8,9 4. 15 I 1 I 1 12 12 105,1 5,1 4,8 5 Taulukko 20: Päällystettyjen tablettien hajoaminen in vitro (n = 3-6).

Koe Koostumus (%) Tablettien hajoamisaika _______in vitro (n=3-6)_ ASWP Gly Sorb Mg. Titaani- _____stear. dioksidi__

Tabl.ydin__-__-__-__< 0,5 min_ 1. 5 11 - - <1 min • 1 — — "" - ' V.: 2.__5__1 1__1__-__<1,5 min_ O _3.__5 1 1 0,5 0,5 <1,5 min_ 4. [5 1 1 1 1 2 2 [< 1,5 min • · ESIMERKKI 18 ♦ · • · 1 φ • · • · 1 10 ASWP-kalvot, jotka sisälsivät apuaineena maltodekstriiniä, valmistettiin valamalla pehmitetyt liuokset muotteihin ja kuivaamalla. Sen jälkeen kuivuneet kalvot irrotet-tiin varovasti muoteista. Pehmitteinä käytettiin glyserolia ja sorbitolia. Vaikka kai- • m von rakenteeseen muodostui pieniä huokosia (Kuva 8), niin ko. kalvot olivat me- * kaaniselta kestävyydeltään huomattavasti parempia kuin vastaavat kalvot ilman *"1i 15 maltodekstriiniä.

• · · • · · • · · · ♦ 1 · • ·♦ • · 118506 42 ESIMERKKI 19

Vapaiden kalvojen ia päällystettyjen tablettien säilyvyys 5 Vapaiden ASWP-kalvojen rakennetutkimukset

Vapaat ASWP-kalvot, jotka oli pehmitetty glyserolilla ja sorbitolilla, valmistettiin valumenetelmällä. ASWP-kalvoliuosten koostumukset on esitetty taulukossa 21.

10

Taulukko 21: Vapaiden kalvojen valmistukseen käytettyjen ASWP-vesi-liuosten koostumukset.

Aine Koostumus (%)___ l*(a) 2*(a) 3*(a) 4*00 ASWP____10__7^5__7J5_

Glyseroli__3__3__3__3_

Sorbitoli__1__1__1__1_

Titaanidioksidi__-__-__1__1_

Puhdistettu vesi_q.s._q.s._q.s._q.s._ * ASWP-vesiliuoksen lämpökäsittely: (a) 70 °C / 1 h; (b) ei lämpökäsittelyä :X: 15 • ·* • · • · ··· j Vapaita kalvoja säilytettiin kontrolloiduissa huoneolosuhteissa (25 °C / 60 % RH) ja ·;··· rasitetuissa olosuhteissa (50 °C) 6 kuukauden ajan. Kalvoista tutkittiin rakenne- ominaisuudet (XRD- ja NIR-analyysit) 1, 3 ja 6 kk:n kuluttua säilyvyysseuranta- .···. 20 kokeen aloittamisesta. Analyysimenetelmät on kuvattu aiemmissa kappaleissa.

• · ··· . Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) otetut kuvat tuoreista ASWP-kalvoista ·;;; (referenssikalvot) osoittavat, että kalvot ovat homogeenisia ja laadultaan hyviä (Ku- • · *·;·' vat 6 ja 7). Säilyvyysseurantakokeen tulokset on esitetty kuvissa 9 ja 10. XRD- *:·*: 25 tulosten perusteella pigmentoimattomiin ASWP-kalvoihin ei ole kehittynyt kitei- *···· syyttä säilytyksen aikana (kokeet 1 ja 2). Toisaalta pigmentoitujen ASWP-kalvojen kiteisyys ei ole lisääntynyt säilytysjakson aikana, sillä XRD-kuvaajissa ylimääräisiä f | piikkejä ei ole muodostunut vastaavaan tuoreeseen referenssikalvoon verrattuna • · · *· " (titaanidioksidin muodostaman piikin lisäksi) (kokeet 3 ja 4). ASWP-kalvot näyttä- 30 vät olevan fysikaalisesti hyvin stabiileja ja näin ollen käyttökelpoisia päällystystar- 118506 43 koituksiin. Erittäin rasitetuissa olosuhteissa (50 °C) ASWP-kalvojen ulkonäkö selkeästi muuttui ja kalvot muuttuivat tahmeiksi (mm. kalvon tummenemista ilmeni).

Keksintöä on kuvattu tässä korostaen tiettyjä edullisia suoritusmuotoja ja applikaa-5 tioita. Kuitenkin alan ammattilaiselle on selvää, että muunnelmia edullisista suoritusmuodoista voidaan tehdä ja käyttää ja keksintöä voidaan toteuttaa oheisten patenttivaatimusten suojapiirissä muutoinkin kuin tässä on erityisesti esitetty.

• 1 • · · • · 1 • 1 • ·« • · • · ··· • · • · · • » · ·«· · • · ·« · ♦ · · ♦ · • · ··· • · • ♦ ··· • · · ···· • · « • · • · • ♦ ♦ • » • · * • · · • · • · · • · · • ·· • ·

Claims (26)

118506

1. Menetelmä proteiinipohjaisen kalvon valmistamiseksi, jossa kalvossa on proteiinien välisten disulfidisidosten muodostama proteiiniverkko, tunnettu siitä, että se 5 käsittää seuraavat vaiheet: - muodostetaan proteiinia sisältävä liuos, jonka pH on 7 tai alle ja jossa on sellaista muunnettua proteiinia, joka on muunnettu avaamalla sulfonoimalla ainakin yksi siinä alun perin ollut disulfidisidos vapaiden sulfhydryyliryhmien saamiseksi, jotka mainitut vapaat sulfhydryyliryhmät kykenevät saamaan aikaan vaihtomuunto-reak- 10 ti on, jossa mainittuja disulfidisidoksia muodostuu proteiinien välille mainitun kalvon muodostamiseksi, ja - muodostetaan mainitusta liuoksesta mainittu proteiinipohjainen kalvo.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu 15 muunnettu proteiini käsittää heraproteiinia, kuten muunnetun heraproteiinin liukoista fraktiota tai saostumafraktiota tai niiden yhdistelmää.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu proteiini on sulfonoitu käsittelemällä sitä sulfiitti-ioneja muodostavalla reagenssilla. 20

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu sul-fiitti-ioneja muodostava reagenssi käsittää alkalimetalli- tai maa-alkalimetalli-sul- • · . * · ·. fiittia, vetysulfiittia tai metabisulfiittia, tai niiden yhdistelmää. * · · • · • · · • · ·

5. Jonkin aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et- ... tä vapaiden sulfhydryyliryhmien määrä liuoksen kokonaisproteiinissa ennen vaihto- • · · **..;* muuntoreaktiota on 0,5-60 pmol/g proteiinia. • · • * ·»·

6. Jonkin aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et- • · : *·· 30 tä proteiiniliuosta edelleen kuumennetaan vaihtomuunnon edistämiseksi.

• · · • · · • · · ;·)·. 7. Jonkin aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et- • · \.'t tä kalvo muodostetaan aineksen päälle sen päällystämiseksi. • · • · · "*" 35

8. Jonkin aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, :#|*: että kalvo muodostetaan elintarvikkeen päälle. 118506

9. Jonkin aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalvo muodostetaan terapeuttisesti aktiivista ainetta sisältävän aineksen, kuten tabletin, granulan, pelletin tai vastaavan, päälle.

10. Jonkin aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalvo muodostetaan kapselin kuoreksi.

11. Jonkin aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalvo muodostetaan lipidin, öljyn, lipofiilisen yhdisteen tai niiden yhdistelmän 10 ympärille emulsion tai mikrokapselin muodostamiseksi.

12. Jonkin aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että edelleen lisätään pehmennintä tai lipofiilistä yhdistettä, kuten stearaattia, öljy-mäistä voirasvaa tai oikeaa öljyä tai niiden yhdistelmää. 15

13. Jonkin aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että edelleen lisätään lujuutta vahvistavaa yhdistettä, kuten hiilihydraattia, kuten maltodekstriiniä tai muuta tärkkelyshydrolysaattia.

14. Jonkin aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että edelleen lisätään pigmenttiväriä, kuten titaanioksidia, tarttumisenestoainetta, • *. *. antimikrobiaalista ainetta tai säilöntäainetta.

• · · • · • · · · • · ·"·. 15. Proteiinipohjainen kalvo, jossa on proteiinien välisten disulfidisidosten muo- * · · 25 dostama proteiiniverkko, tunnettu proteiiniverkosta, joka on muodostettu liuokses- .. ,* ta, jonka pH on 7 tai alle ja jossa on sellaista muunnettua proteiinia, joka on muun- * » * ^1* nettu avaamalla sulfonoimalla ainakin yksi siinä alun perin oleva disulfidisidos va- • · *···* päiden sulfhydryyliryhmien saamiseksi, jolloin on tapahtunut mainittujen vapaiden sulfhydyyliryhmien aiheuttama vaihtomuuntoreaktio, jossa mainittuja disulfidisi- • · • *·· 30 doksia on muodostunut proteiinien välille.

• * · • · • * #·· ··]·. 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen proteiinipohjainen kalvo, tunnettu siitä, että • * mainittu muunnettu proteiini käsittää heraproteiinia, kuten muunnetun heraproteii-**.··* nin liukoista fraktiota tai saostumafraktiota tai niiden yhdistelmää. ·:*·: 35

17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen proteiinipohjainen kalvo, tunnettu siitä, että mainittu proteiini on sulfonoitu käsittelemällä sitä sulfiitti-ioneja muodostavalla reagenssilla. 118506

18. Patenttivaatimuksen 15 mukainen proteiinipohjainen kalvo, tunnettu siitä, että mainittu sulfiitti-ioneja muodostava reagenssi käsittää alkalimetalli- tai maa-alkali-metallisulfiittia, vetysulfiittia tai metabisulfiittia tai niiden yhdistelmää.

19. Jonkin patenttivaatimuksen 15-18 mukainen proteiinipohjainen kalvo, tunnet tu siitä, että vapaiden sulfhydryyliryhmien määrä liuoksen kokonais-proteiinissa ennen vaihtomuuntoreaktiota on ollut 0,5-60 pmol/g proteiinia.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 15-19 mukainen proteiinipohjainen kalvo, tunnet-10 tu siitä, että proteiiniliuosta on kuumennettu vaihtomuunnon edistämiseksi.

21. Jonkin patenttivaatimuksen 15-20 mukainen proteiinipohjainen kalvo, tunnettu siitä, että siihen on edelleen lisätty pehmennintä tai lipofiilistä yhdistettä, kuten stearaattia, öljymäistä voirasvaa tai oikeaa öljyä tai niiden yhdistelmää. 15

22. Jonkin patenttivaatimuksen 15-21 mukainen proteiinipohjainen kalvo, tunnettu siitä, että siihen on edelleen lisätty lujuutta vahvistavaa yhdistettä, kuten hiilihydraattia, kuten maltodekstriiniä tai muuta tärkkelyshydrolysaattia.

23. Jonkin patenttivaatimuksen 15-22 mukainen proteiinipohjainen kalvo, tunnet tu siitä, että siihen on edelleen lisätty pigmenttiväriä, kuten titaanioksidia, tarttu-misenestoainetta, antimikrobiaalista ainetta tai säilöntäainetta. • » ··» • «

24. Elintarvike, tunnettu siitä, että sitä ympäröi tai se sisältää aineksia, joita ym- 4 9 *’1 2 25 päröi jonkin patenttivaatimuksen 15-23 mukainen kalvo. • · • · 2 ^ :t

·' 25. Äidinmaidonkorvike, tunnettu siitä, että se sisältää emulsiona lipidin, öljyn, *...· lipofiilisen yhdisteen tai niiden yhdistelmän, jota ympäröi jonkin patenttivaatimuk sen 15-20 mukainen kalvo emulsion tai mikrokapselin muodossa. 30 :3:

26. Farmaseuttinen tuote, joka sisältää ainakin yhtä terapeuttisesti aktiivista ainet- .Λ ta, tunnettu siitä, että sitä ympäröi jonkin patenttivaatimuksen 15-23 mukainen kalvo. φ · • · M» · 2 « · · • · • · 3 • « ♦ 118506