JP4262306B2 - 継ぎ目なしカプセル - Google Patents

Description

発明の背景
発明の分野
本発明は、中心充填コア物質を封入している外殻物質を含む継ぎ目なしカプセルであって、該外殻物質がガラス状態にある炭水化物から形成されている継ぎ目なしカプセル、及び該継ぎ目なしカプセルを製造するための方法及び装置に関する。
先行技術の説明
伝統的に、コア物質を封入している外殻物質から形成された継ぎ目なしカプセルは、外殻物質としてゼラチン及びガムのようなフィルム形成性物質を用いることにより製造されてきた。これら外殻物質は２つの欠点を提示する。第１に、それらは水溶液から形成される。その結果として、カプセルを形成するときに大量の水を除去しなければならず、大量のエネルギーと長い乾燥時間を必要とする。第２に、これら外殻物質は、カプセルを消費するときにゆっくり溶解することによって、口の中にまずいプラスチックフィルム様残留物を残す。
継ぎ目なしカプセルは、通常、外殻物質とコア物質を同心的に並べられたノズルを通して同時に押し出し、押し出された外殻物質と押し出されたコア物質がノズルから同軸ジェットとして、外殻物質がコア物質を包み込みながら、下方に流れる冷却キャリヤー液の流れの中に出ることによって作られる。冷却キャリヤー液中に降下しながら、その同軸ジェットは、外殻物質がコア物質を封入している小滴になる。次いで、それら小滴を冷却キャリヤー液中で固化させて継ぎ目なしカプセルを形成する。そのような方法は、例えば、米国特許第４，２５１，１９５号及び第４，６９５，４６６号に開示されている。しかしながら、外殻物質が急速に固化する物質のときには、この先行技術の方法は、同軸ジェット中の外殻物質がカプセル封入する前に固化し得るという点で不都合である。その結果、継ぎ目なしカプセルは形成されず、形成されたいずれのカプセルも球形ではなかったので均一なサイズ及び形状を持たなかった。
この課題を克服する試みが米国特許第４，４２２，９８５号に提案され、そこには、コア物質とそれを包んでいる外殻物質とそれを取り囲む加熱された循環液からなる同軸トリプルジェットを冷却キャリヤー液中に導入してカプセル封入が起こるのを可能にすることにより、先行技術の方法に手を加えた方法が記載されている。この方法では、カプセル形成は依然として冷却キャリヤー液中で起こるので、外殻物質の固化が冷却キャリヤー液への進入の前に少しでも起こると、カプセル封入が起こらないであろう。
カプセルを製造するのに用いられる他の方法は、スクリュー押出機を用いて、外殻物質と封入されるべき物質とを含有するエマルジョンを押し出すことを包含する。しかしながら、そのような方法では、中心充填コア物質を封入している外殻物質から形成されるカプセルを製造するのが難しい。代わりに、封入された物質は、しばしば、マトリックス内に分布する小球体の形になる。
米国特許第２，８５７，２８１号は、糖ベース及び風味油を含有するエマルジョンを小滴に押し出すことにより、小球体の形の固体風味組成物を製造する方法を記載している。
米国特許第３，９７１，８５２号は、ポリヒドロキシ及びポリサッカライド化合物から形成されるセル様マトリックス内に油をカプセル封入する方法を記載している。この油はそのセル様マトリックスとエマルジョン状態にあり、得られたエマルジョンはエマルジョンの小滴として噴霧乾燥される。
米国特許第５，００９，９００号は、揮発性及び／又は不安定な成分を押し出されたガラス状マトリックスでカプセル封入する方法を開示している。この封入された物質はそのガラス状マトリックス内に分散している。
ヨーロッパ特許出願第０３３９９５８号は、結晶状態の可融性の糖の外殻とその中に埋め込まれたオルガノポリシロキサン消泡組成物とを含有する消泡組成物を開示している。この組成物は、糖ベースを溶融してオルガノポリシロキサン消泡組成物をその糖溶融物中に不連続相として分散させることにより形成される。次いで、その溶融物を固化させることによって、その消泡組成物を埋め込んで捕捉しその溶融物中に分散させる。
米国特許第５，３００，３０５号は、長時間持続する呼吸保護を提供するマイクロカプセルに関するものである。
発明の要旨
本発明の第１の側面は、コア物質を封入している外殻物質を含む継ぎ目なしカプセルを製造する方法であって：
少なくとも１の外部ノズルと少なくとも１の内部ノズルとを有する同心的に並べられた多ノズル系を準備し；
該外部ノズルに外殻物質を供給しそして該内部ノズルにコア物質を供給し；
該外殻物質を該外部ノズルからそして該コア物質を該内部ノズルから同時に押出し、それによって該コア物質を包んでいる該外殻物質の同軸ジェットを形成し；
該同軸ジェットを加熱キャリヤー液の流れの中に導入し、それによって該外殻物質に該コア物質を封入させて該加熱キャリヤー液中でカプセルを形成させ；そして
該カプセルを冷却キャリヤー液の流れの中に導入し、それによって該カプセルを固化させる；
工程を含む方法を提供する。
本発明の第２の側面は、継ぎ目なしカプセルを製造する装置であって：
少なくとも１の外部ノズルと少なくとも１の内部ノズルとを有する同心的に並べられた多ノズル系であって、外殻物質を該外部ノズルからそしてコア物質を該内部ノズルから同時に押出し、それによって該コア物質を包んでいる該外殻物質の同軸ジェットを形成するための多ノズル系；
該外部ノズルに外殻物質を供給しそして該内部ノズルにコア物質を供給するための手段；
該同軸ジェットを受け取るために該多ノズル系の下方に位置する第１ダクト；
加熱キャリヤー液を該第１ダクトに送達して該同軸ジェットを取り囲む該加熱キャリヤー液の流れを形成し、それによって該外殻物質に該コア物質を封入させて該加熱キャリヤー液中でカプセルを形成させるための手段；
該第１ダクトから該カプセルを運ぶ該加熱キャリヤー液の流れを受け取るための、少なくともその一部分が該第１ダクトの下方に位置する第２ダクト；
冷却キャリヤー液を該第２ダクトの中に送達して該カプセルを取り囲む該冷却キャリヤー液の流れを形成し、それによって該カプセルを固化させる手段；
を含む装置を提供する。
本発明の第３の側面は、中心充填コア物質を封入している外殻物質を含む継ぎ目なしカプセルであって、該外殻物質がガラス状態にある炭水化物を含む継ぎ目なしカプセルを提供する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一態様に従う、継ぎ目なしカプセルを製造するための装置の側断面図である。
図２は、本発明の他の態様に従う、継ぎ目なしカプセルを製造するための装置の側断面図である。
発明の詳細な説明
本発明者らは、ガラス状態にある炭水化物を外殻物質として用いることにより継ぎ目なしカプセルを形成できることを発見した。ガラス状態にある炭水化物は固化を介して形成されるので、カプセル乾燥が要求されない。加えて、炭水化物外殻物質は急速に溶解するので、口の中にまずい残留物を残さない。
上で述べた先行技術方法では、炭水化物は冷却媒質中で急速に固化するので、炭水化物外殻物質は、コア物質を封入する前に冷却キャリヤー液中で固化してしまう。その結果、継ぎ目なしカプセルは形成されず、形成されたいずれのカプセルも球形ではなかったので均一なサイズ及び形状を持たなかった。
本発明者らは、たとえ炭水化物を外殻物質として用いた場合でも、先行技術の欠点を克服しそしてサイズ及び形状が均一である継ぎ目なしカプセルを形成することができる、継ぎ目なしカプセルを製造するための方法及び装置を発見した。加えて、この方法及び装置は、単一中心充填コア物質を封入している外殻物質から形成される継ぎ目なしカプセル、即ち、コア材料が外殻材料マトリックス内に分布又は分散していない継ぎ目なしカプセルを製造することができる。
図１は、本発明に従って継ぎ目なしカプセルを製造するのに用いることができる装置の一例を示す。この装置は、同心的に並べられた１つの外部ノズル５と１つの内部ノズル６とを有する多ノズル系を含む。内部ノズル６は、ギヤーポンプ３を通って内部ノズル６にコア物質を供給するタンク１に連絡している。外部ノズル５は、ギヤーポンプ４を通って外部ノズル５に外殻物質を供給するタンク２に連絡している。ダクト９がこの多ノズル系の下方に位置している。ダクト９の上方部は、同心的に並んだ加熱用シリンダー８により囲まれている。この加熱用シリンダー８は、送入ポンプ２０を介して加熱用シリンダー８に送入されるキャリヤー液を加熱するための加熱器１８が備えられたタンク１６に連絡している。加熱用シリンダー８はダクト９を越えるオーバーフローを有しており、それによって加熱キャリヤー液が加熱用シリンダー８からダクト９に流れ込めるようになっている。
ダクト９の下端はダクト１０に連絡している。ダクト１０の上方部は同心的に並んだ冷却用シリンダー７により囲まれている。この冷却用シリンダー７は、キャリヤー液を冷却するための冷却器１９が備えられたタンク１７に連絡している。冷却キャリヤー液は、送入ポンプ２１を介して冷却用シリンダー７に送入される。冷却用シリンダー７はダクト１０を越えるオーバーフローを有しており、それによって冷却キャリヤー液が冷却用シリンダー７からダクト１０に流れ込めるようになっている。
ダクト１０の下端は回収管１１に連絡しているロート形部分を形成している。この回収管１１は、循環液タンク２２の方に伸びて、循環液タンク２２の上部から僅かな距離のところで終わっている。循環液タンク２２の上に、カプセルをキャリヤー液から分離するためのネット様分離器２３が配置されている。タンク２２は、タンク１６で加熱されるキャリヤー液を供給するために、配管１２及び再利用ポンプ１４を通過してタンク１６に連絡している。タンク２２は、タンク１７で冷却されるキャリヤー液を供給するために、配管１３及び再利用ポンプ１５にも連絡している。
図２は、この発明の継ぎ目なしカプセルを製造するのに用いることができる別の態様の装置を示す。この態様の装置は、ダクト１０へのオーバーフローを提供する冷却用シリンダーを用いることなしに、冷却キャリヤー液がタンク１６から直接ダクト１０の中に汲み上げられることを除いては、図１に示したものに類似している。
以下に、本継ぎ目なしカプセルを製造する方法を詳細に説明する。外殻物質をタンク２から外部ノズル５に供給し、コア物質をタンク１から内部ノズル６に供給する。次いで、コア物質及び外殻物質を同時に押出してコア物質を包んでいる外殻物質の同軸ジェットを形成する。タンク１６内のキャリヤー液を外殻物質の温度に近いか又はそれより高い温度に加熱してダクト９に供給する。典型的には、加熱キャリヤー液の温度は約９０〜１６０℃である。同軸ジェットを、下方に流れる加熱キャリヤー液を含有するダクト９に導入する。加熱キャリヤー液は、同軸ジェット中の外殻物質の温度に近いか又はそれより高い温度なので、外殻物質が固化するのを阻止し、それによって外殻物質にコア物質を封入させてカプセルを形成させることが可能になる。
タンク１７内のキャリヤー液をカプセルが固化できるのに十分に低い温度に冷却する。好ましくは、キャリヤー液は約０〜３０℃の温度に冷却される。冷却したキャリヤー液をタンク１７からダクト１０に供給する。次いで、ダクト９からのカプセルを加熱キャリヤー液により、下方に流れる冷却キャリヤー液を含有するダクト１０まで運搬する。合流した流れの最終的な温度は、カプセルがダクト１０内で固化して継ぎ目なしカプセルを形成できるよう、カプセルが十分に冷却される低い温度である。次いで、こうして形成された継ぎ目なしカプセルを、配管１１を通してタンク２２内に配置されている分離器２３の方に送る。分離器２３は、継ぎ目なしカプセルをキャリヤー液から分離して継ぎ目なしカプセルを集める。分離されたキャリヤー液はタンク２２内を流れてから、それぞれ配管１２及び１３を通ってタンク１６及び１７へと再利用される。
別の態様では、多ノズルから同時に押し出された同軸ジェットを加熱キャリヤー液の流れの代わりに空気中に導入する。同軸ジェットは空気中の十分な距離を降下しながら小滴になり、それによって外殻物質がコア物質を封入してカプセルを形成するのを可能にする。典型的には、同軸ジェットが空気中を進む距離は約３〜約１５ｃｍである。次いで、カプセルは冷却キャリヤー液の流れの中を降下して固化する。空気の温度はこの冷却キャリヤー液の温度よりも高くあるべきであり、外殻物質が進行距離以内で固化しない範囲内に維持されるべきである。空気温度を周囲温度、即ち約２５〜３５℃に維持してもよく、また、他の態様では、周囲温度を上回る前もって選択した温度に、例えば、空気をその前もって選択した温度に維持するチューブラヒーターを用いることにより、加熱してもよい。
外殻物質を溶解せずかつ相変化を受けることなく適切な温度に加熱及び冷却されることができるあらゆる液体を本発明のキャリヤー液として用いることができる。適するキャリヤー液の例には、中鎖トリグリセリド（ＭＣＴ）油、トウモロコシ油、綿実油、菜種油、ひまわり油、シリコーン油、鉱油等が含まれる。
好ましくは、外殻物質とコア物質は、外部ノズルを通る外殻物質の流動容積束（fluid volumetric flux）を内部ノズルを通るコア物質の流動容積束に等しく設定することによって、同時に押し出される。ノズルオリフィスから流れる物質の流動容積束は、ノズルを通る物質の容積流量のノズルオリフィス面積に対する比として定義される。参照により本明細書中に組み入れられる１９９４年１０月７日に出願された係属中の米国特許出願第０８／３２５，７２２号に記載されているように、同心的に並べられた外殻物質の流動容積束をコア物質の流動容積束に等しく設定することによって、単にノズルのオリフィス面積のサイズを変動させるだけで、カプセル中のコア物質の外殻物質にたいする質量比を制御することができる。
本発明で用いることができる同心的に並べられた多ノズル系は、２以上の同心的に並べられた内部及び外部ノズルを有する。内部及び外部ノズルの間に位置する１又はそれを越える同心的に並べられた中間ノズルであって、１又はそれを越える中間外殻物質を押し出すことができるノズルがあってもよい。そのような態様では、外部ノズルから押し出される外殻物質が中間ノズルから押し出される中間外殻物質を封入し、今度はその中間外殻物質が内部ノズルからのコア物質を封入する。この発明の好ましい態様においては、中間ノズルを通る中間外殻物質の流動容積束は、外部ノズルを通る外殻物質の流動容積束と内部ノズルを通るコア物質の流動容積束とに等しく設定されるであろう。
本発明における外殻物質として用いることができる適する炭水化物の例には、スクロース、グルコース、フルクトース、イソマルト、水素化デンプン加水分解物、マルチトール、ラクチトール、キシリトール、ソルビトール、エリスリトール、マンニトール等、及びそれらの混合物が含まれる。典型的には、この炭水化物は、外殻物質として溶融体の形で外部ノズルの中に送入される。炭水化物が冷却キャリヤー液中で固化するときは、それはガラス状態、即ち非晶質状態になる。炭水化物がガラス状態であるときは、それは中心充填コア物質を蒸発及び劣化から保護する高い能力を示す。
適するコア物質は、典型的には、液体形態にある物質か又は可融性固体物質である。適するコア物質の例には、ＭＣＴ油（例えば、ココナッツ油）、ペパーミント油、シナモン油、ウイキョウ油、丁字油、麦芽油、植物油（例えば、トウモロコシ油、綿実油、菜種油、ひまわり油等）、シリコーン油、鉱油、フルーツフレーバー、ビタミン、医薬溶液剤、天然及び人工の甘味剤、メントール等が含まれる。
運転温度で液体でありかつコア又は外殻物質を溶解せず更に冷却過程の間に固化するあらゆる物質を中間外殻物質として用いることができる。適する中間外殻物質の例には、ろう（例えば、パラフィンろう、マイクロクリスタリンろう、ポリエチレンろう、カルナバろう、カンデリラろう等）及び脂肪（例えば、当業者に知られているものの如き水素化脂肪）が含まれる。
本発明は、中心充填チューインガム、カプセル封入された医薬品、食品、化粧料、工業化学品等のような、種々の用途のための継ぎ目なしカプセルを製造するのに有用である。
本発明を以下の非限定的実施例により説明する。
実施例
内部ノズルと外部ノズルとを有する同心的に並べられた多ノズル系を用いることによって、継ぎ目なしカプセルを製造した。内部ノズルは、０．２０ｃｍの内径、０．２６ｃｍの外径、及び０．０３１４ｃｍ²のオリフィス面積を有した。外部ノズルは、０．３９ｃｍの内径と０．０６６４ｃｍ²の環状のオリフィス面積を有した。９０重量％のイソマルトと１０重量％のキシリトールの混合物を１５５℃の温度で溶融して１４８℃のタンク内に維持した。この混合物は、１４０℃で６２８ｃｐｓの実粘度を有した。一般に、本発明の方法は、運転温度で約１，０００ｃｐｓより低い実粘度を有する外殻物質の使用を包含する。得られた混合物は１．００ｇ／ｍｌの密度を有した。次いで、この混合物を外殻物質として１４５℃の温度及び２．３７ｍｌ／分の容積流量で外部ノズルに送入した。０．９６ｇ／ｍｌの密度を有する１０重量％のサクランボフレーバーと９０重量％の綿実油の混合物をコア物質として周囲温度及び５．０１ｍｌ／分の容積流量で内部ノズルに供給した。次いで、外殻物質とコア物質をそれぞれ外部ノズルと内部ノズルから同時に７５．５ｍｌ／分・ｃｍ²の同じ流動容積束で、周囲温度に維持した空気中に押出した。同軸ジェットは空気中を１０ｃｍ降下して小滴になりカプセル封入が起こった。次いで、それらカプセルを２０℃の温度に冷却されかつ１，０００ｍｌ／分の速度で下方に流れるココナッツ油中に降下させた。集めたカプセルは、約４ｍｍの直径を有し、ガラス状態の６８．７８重量％の外殻物質と３１．２２重量％のコア物質を含有した。
現時点で好ましい態様と考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した態様に限定されるものではないことが理解されるべきである。本発明は、添付の請求の範囲内に包含される種々の修飾及び均等なメカニズムに及ぶものである。

Claims (21)

1. 中心充填コア物質を封入している外殻物質を含む継ぎ目なしカプセルを製造する方法であって：
   少なくとも１の外部ノズルと少なくとも１の内部ノズルとを有する同心的に並べられた多ノズル系を準備し；
   該外部ノズルに溶融状態の炭水化物の外殻物質を供給しそして該内部ノズルにコア物質を供給し；
   該外殻物質を該外部ノズルからそして該コア物質を該内部ノズルから同時に押出し、それによって該コア物質を包んでいる該外殻物質の同軸ジェットを形成し；
   該同軸ジェットを該外殻物質が固化するのを阻止する温度に加熱されたキャリヤー液の流れ又はその温度が該外殻物質が進行距離以内で固化しない範囲内に維持された空気の中に導入し、それによって該外殻物質に該コア物質を封入させて該加熱キャリヤー液中でカプセルを形成させ；そして
   該カプセルを冷却キャリヤー液の流れの中に導入し、それによって該カプセルを固化させる；
   工程を含む方法。
2. 同軸ジェットを加熱キャリヤー液の流れの中に導入する、請求項１記載の方法。
3. 同軸ジェットを空気の中に導入する、請求項１記載の方法。
4. カプセルが固体化するとき炭水化物がガラス状態にある、請求項１記載の方法。
5. コア物質が中鎖トリグリセリド油である、請求項１記載の方法。
6. 外部ノズルを通る外殻物質の流動容積束を内部ノズルを通るコア物質の流動容積束に等しく設定することによって、該外殻物質と該コア物質を同時に押し出す、請求項１記載の方法。
7. 同心的に並べられた多ノズル系における内部及び外部ノズルの間に位置する少なくとも１の中間ノズルを通して少なくとも１の中間外殻物質を供給する工程を更に含む、請求項１記載の方法。
8. 外部ノズルを通る外殻物質の流動容積束、中間ノズルを通る中間外殻物質の流動容積束、及び内部ノズルを通るコア物質の流動容積束を等しく設定することによって、外殻物質、中間外殻物質及びコア物質を同時に押し出す、請求項８記載の方法。
9. 中心充填コア物質を封入している外殻物質を含む継ぎ目なしカプセルを製造する装置であって：
   少なくとも１の外部ノズルと少なくとも１の内部ノズルとを有する同心的に並べられた多ノズル系であって、溶融状態の炭水化物の外殻物質を該外部ノズルからそしてコア物質を該内部ノズルから同時に押出し、それによって該コア物質を包んでいる該外殻物質の同軸ジェットを形成するための多ノズル系；
   該外部ノズルに該外殻物質を供給しそして該内部ノズルに該コア物質を供給するための手段；
   該同軸ジェットを受け取るために該多ノズル系の下方に位置する第１ダクト；
   該外殻物質が固化するのを阻止する温度に加熱されたキャリヤー液を該第１ダクトに送達して該同軸ジェットを取り囲む該加熱キャリヤー液の流れを形成し、それによって該外殻物質に該コア物質を封入させて該加熱キャリヤー液中でカプセルを形成させるための手段；
   該第１ダクトから該カプセルを運ぶ該加熱キャリヤー液の流れを受け取るための、少なくともその一部分が該第１ダクトの下方に位置する第２ダクト；
   冷却キャリヤー液を該第２ダクトの中に送達して該カプセルを取り囲む該冷却キャリヤー液の流れを形成し、それによって該カプセルを固化させる手段；
   を含む装置。
10. 第１ダクトの上方部が同心的に並んだ加熱用シリンダーにより囲まれている、請求項９記載の装置。
11. 加熱用シリンダーが第１ダクトの頂部を越えるオーバーフローを有している、請求項１０記載の装置。
12. 第１ダクトの下端が第２ダクトの中に伸びている、請求項９記載の装置。
13. 第２ダクトの上方部が同心的に並んだ冷却用シリンダーにより囲まれている、請求項９記載の装置。
14. 冷却用シリンダーが第２ダクトの頂部を越えるオーバーフローを有している、請求項１３記載の装置。
15. 第２ダクトが回収管に連絡している、請求項９記載の装置。
16. 前記多ノズル系が更に内部及び外部ノズルの間に位置する少なくとも１の中間ノズルを含む、請求項９記載の装置。
17. 中心充填コア物質を封入している外殻物質を含む継ぎ目なしカプセルであって、該外殻物質がガラス状態にある炭水化物を含み、該コア物質が外殻物質マトリックス内に分布又は分散していない継ぎ目なしカプセル。
18. 炭水化物が、スクロース、グルコース、フルクトース、イソマルト、水素化デンプン加水分解物、マルチトール、ラクチトール、キシリトール、ソルビトール、エリスリトール、マンニトール、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１７記載の継ぎ目なしカプセル。
19. コア物質が、ココナッツ油、ペパーミント油、シナモン油、ウイキョウ油、丁字油、麦芽油、植物油、ビタミン、医薬溶液剤、天然及び人工の甘味剤、フルーツフレーバー、メントール、及びそれらの混合物から選択される、請求項１７記載の継ぎ目なしカプセル。
20. 外殻物質が、コア物質をカプセル封入している少なくとも１の中間外殻物質をカプセル封入している、請求項１７記載の継ぎ目なしカプセル。
21. 請求項１記載の方法により製造される継ぎ目なしカプセルであって、該コア物質が外殻物質マトリックス内に分布又は分散していない継ぎ目なしカプセル。

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