KR19990072792A - 미분된분말상카로테노이드제제의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은
a) 선택적으로 산화방지제 및/또는 오일을 포함하는 수-불혼화성 유기 용매중 활성 성분의 현탁액을 형성하는 단계,
b) 단계 a)의 현탁액을 열교환기로 공급하고, 열교환기에서의 체류 시간을 5초 미만으로 하여 상기 현탁액을 100 내지 250℃로 가열하는 단계,
c) 선택적으로 안정화제를 포함하는 팽윤성 콜로이드 수용액을 20 내지 100℃에서 단계 b)의 용액과 신속하게 혼합하는 단계,
d) 유기 용매를 제거하는 단계 및
e) 단계 d)의 분산액을 분말상 제제로 전환시키는 단계를 포함하는,
활성 성분이 미분된 분말상 카로테노이드(carotenoid), 레티노이드(retinoid) 또는 천연 착색 제제의 제조를 위한 연속 방법에 관한 것이다.

Description

미분된 분말상 카로테노이드 제제의 제조방법{PREPARATION OF A FINELY DIVIDED PULVEROUS CAROTENOID PREPARATION}
본 발명은 카로테노이드, 레티노이드 또는 천연 착색제를 식품 및 동물 사료의 착색에 특히 요구되는 미분된 분말 형태로 전환시키는 연속 방법에 관한 것이다.
1마이크론 미만의 미세 결정 크기의 활성 성분을 함유하는 분말을 제조하기 위해 다양한 방법이 개시되어 왔다. 대부분의 방법은 회분식 공정 용도에 매우 적합하다.
예를 들어, 미국 특허 제 3,998,753 호에는
(a) 클로로포름, 사염화탄소 및 메틸렌클로라이드와 같은 할로겐화된 지방족 탄화수소로 이루어진 군에서 선택된 휘발성 용매중 카로테노이드 및 산화방지제의 용액을 형성하는 단계;
(b) 소디움 라우릴 설페이트, 젤라틴과 같은 수용성 담체 조성물, 보존제 및 안정화제의 수용액을 형성하고, 상기 용액의 pH를 약 10 내지 11로 조정하는 단계;
(c) 고속 및 고전단 혼합에 의해 단계 (a)의 용액과 단계 (b)의 용액의 에멀젼을 형성하는 단계;
(d) 유기용매를 제거하는 단계; 및
(e) 생성된 에멀젼을 분무 건조시켜 카로테노이드 분말을 수득하는 단계를 포함하는,
1마이크론 미만의 입자 크기를 갖는 수-분산성 카로테노이드를 함유하는 분말을 제조하기 위한 회분식 방법이 개시되어 있다.
유럽 특허 공고 공보 EP-0065193 B1 호 또는 대응하는 미국 특허 제 4,522,743 호에는 미분된 카로테노이드 분말을 제조하는 연속 방법이 개시되어 있고, 이때 상기 카로테노이드는 필수적으로 0.5마이크론 미만의 입자 크기를 갖는다. 카로테노이드는 50 내지 200℃에서 10초 내에 휘발성, 수 혼화성 유기 용매에 용해된다. 카로테노이드는 0 내지 50℃에서 팽윤성 콜로이드 수용액과의 신속한 혼합에 의해 생성된 분자성 분산 용액으로부터 콜로이드성 분산 형태로 즉시 침전된다. 카로테노이드 용액의 제조 및 카로테노이드의 침전은 두개의 혼합 용기에서 연속적으로 이루어진다. 생성된 분산액은 통상적인 방식으로 용매 및 분산 매질로부터 분리된다.
그러나, 경제적 및 생태학적인 면에서, 이러한 방법은 다량의 용매를 사용해야만 하는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 활성 성분을 미분된 분말 형태로 전환시키면서 상기 결점을 극복하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기에 적합한 공정 흐름도이다.
최근, 연속 방법에서 수-불혼화성 유기 용매를 사용함으로써 활성 성분이 미분된 분말상 제제를 제공할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 본 발명은
a) 선택적으로 산화방지제 및/또는 오일을 포함하는 수-불혼화성 유기 용매중 활성 성분의 현탁액을 형성하는 단계,
b) 단계 a)의 현탁액을 열교환기로 공급하고, 열교환기에서의 체류 시간을 5초 미만으로 하여 상기 현탁액을 100 내지 250℃로 가열하는 단계,
c) 선택적으로 안정화제를 포함하는 팽윤성 콜로이드 수용액을 20 내지 100℃에서 단계 b)의 용액과 신속하게 혼합하는 단계,
d) 유기 용매를 제거하는 단계 및
e) 단계 d)의 분산액을 분말상 제제로 전환시키는 단계를 포함하는,
활성 성분이 미분된 분말상 카로테노이드, 레티노이드 또는 천연 착색 제제의 제조를 위한 연속 방법에 관한 것이다.
본 발명의 범위에서 "미분된"이란 용어는 1.5마이크론 미만, 바람직하게는 1마이크론 미만, 더 바람직하게는 0.4마이크론 미만의 입자 크기를 나타낸다.
본 발명의 범위에서 "활성 성분"이란 용어는 카로테노이드, 레티노이드 또는 천연 착색제를 나타낸다.
본 발명에서 카로테노이드는 특히 베타-카로텐(beta-carotene), 베타-아포-4'-카로테날(beta-apo-4'-carotenal), 베타-아포-8'-카로테날, 베타-아포-12'-카로테날, 베타-아포-8'-카로텐산(beta-apo-8'-carotenic acid), 아스타크산틴(astaxanthin), 칸타크산틴(canthaxanthin), 제아크산틴(zeaxanthin), 크립토크산틴(cryptoxanthin), 시트라나크산틴(citranaxanthin), 루테인(lutein), 라이코펜(lycopene), 토룰라로딘(torularodin)-알데히드, 토룰라로딘-에틸에스테르, 뉴로스포라크산틴(neurosporaxanthin)-에틸에스테르, 제타(zeta)-카로텐 또는 데히드로플렉타니아크산틴(dehydroplectaniaxanthin)을 포함한다. 또한 천연 카로테노이드가 포함된다. 베타-카로텐, 아스타크산틴, 칸타크산틴, 베타-아포-8'-카로테날 및 라이코펜이 바람직하고, 베타-카로텐이 더욱 바람직하다.
본 발명에서 천연 착색제는 특히 쿠르쿠민(curcumine), 코쉬닐(cochineal), 카르민(carmine), 아나토(annatto) 및 그의 혼합물을 포함한다.
바람직하게는 본 발명의 방법은 카로테노이드를 사용하여 수행된다.
단계 b)의 온도는 바람직하게는 120 내지 180℃, 더욱 바람직하게는 140 내지 170℃이고, 단계 c)의 온도는 바람직하게는 50 내지 80℃이다.
열교환기에서의 체류 시간은 바람직하게는 0.5 내지 4초, 더욱 바람직하게는 1 내지 3초이다.
본 발명의 범위에서 "수-불혼화성 유기 용매"라는 용어는 대기압하에서 물에 대한 용해도가 10% 미만인 유기 용매를 나타낸다. 본 발명에 따라 연속 방법을 수행하기 위한 적합한 수-불혼화성 유기 용매는 클로로포름, 사염화탄소 및 메틸렌 클로라이드와 같은 할로겐화된 지방족 탄화수소; 탄산 디메틸에스테르(디메틸 카보네이트), 포름산 에틸에스테르(에틸 포르메이트) 및 메틸-, 에틸-, 또는 이소프로필아세테이트와 같은 수-불혼화성 에스테르; 메틸-3급 부틸에테르와 같은 수-불혼화성 에테르 등이다. 디메틸 카보네이트, 에틸 포르메이트, 에틸- 또는 이소프로필아세테이트, 메틸-3급 부틸에테르가 바람직하다.
본 발명의 범위에서 "팽윤성 콜로이드"라는 용어는 젤라틴; 전분 또는 전분의 유도체같은 탄수화물; 덱스트린, 펙틴, 아라비아고무, 옥테닐부탄디오에이트 아밀로덱스트린(CAPSULTM), 카제인과 같은 우유 단백질 및 식물성 단백질뿐 아니라 그의 혼합물을 나타낸다. 어류 젤라틴 또는 전분 유도체가 바람직하다.
카로테노이드의 안정성을 증가시키기 위해서는 아스코르브산, 아스코르빌팔미테이트, dl-알파 토코페롤, 혼합 토코페롤, 레시틴, 부틸히드록시톨루올, 부틸-4-메톡시페놀 및 이러한 화합물의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 산화방지제를 첨가하는 것이 바람직하다.
산화방지제는 매트릭스 용액 또는 카로테노이드 용액 또는 양쪽 용액 모두에 첨가될 수 있다. 카로테노이드 용액에 바람직한 산화방지제는 dl-알파 토코페롤이고, 수상 용액에 바람직한 산화방지제는 아스코르빌 팔미테이트이다.
카로테노이드 현탁액에 오일, 바람직하게는 옥수수유를 용해시키는 것이 더욱 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 수행하기에 적합한 흐름도가 도식적으로 예시된 첨부한 도 1을 참고한다. 전체 방법은 연속적으로 수행되어야 한다.
흐름도는 하기와 같이 설명된다:
팽윤성 콜로이드 및 선택적으로 안정화제를 포함하는 수성 매트릭스를 케틀(Kettle) (1)에서 제조한다.
선택된 용매중 카로테노이드의 현탁액을 케틀 (2)에서 제조한다. 현탁액은 또한 산화방지제 및 오일을 포함할 수 있다.
카로테노이드 현탁액을 펌프 (6)에 의해 열교환기 (4)로 공급한다. 유속은 주어진 온도에서 카로테노이드를 용매에 용해시키기 위해 필요한 바람직한 체류 시간에 따라 조정된다. 열교환기 (4)에서 카로테노이드 현탁액을 100 내지 250℃, 바람직하게는 120 내지 180℃, 더욱 바람직하게는 140 내지 170℃로 가열하고 카로텐을 가용화시킨다. 가열은 열교환기를 통해 간접적으로 또는 (8)에서 증기와 혼합하여 직접적으로 수행한다. 열교환기에서의 체류 시간은 5초 미만, 바람직하게는 1 내지 3초이다.
케틀 (1)의 매트릭스 용액을 펌프 (7)에 의해 케틀 (3)으로 공급한다. 유속은 현탁액 유속 및 요구되는 에멀젼 조성물에 따라 달라진다. 케틀 (3)에서 카로테노이드 현탁액 및 매트릭스를 혼합하고, 회전자(rotor) 고정자(stator) 균질화기를 사용하여 약 150 내지 400nm의 바람직한 불연속상 입자 크기로 유화시킨다. 혼합의 결과로 온도는 20 내지 100℃의 범위로 낮아진다.
수득된 분산액을 분산액이 냉각되는 두번째 열교환기 (5)로 보낸다. 압력은 압력 조절에 의해 대기압으로 감압된다.
통상적인 방법을 사용하여, 즉 증발에 의해서 용매를 제거한다. 통상적인 방법, 예를 들면 분무 건조 또는 분말 포획 기술에 의해 생성된 분산액으로부터 분말상 조성물을 단리할 수 있다.
본 발명을 이용하여 매우 넓은 범위의 색상을 갖는 분말을 제조할 수 있다.
본 발명의 방법이 쉽게 수행될 수 있는 방식이 하기 실시예로 예시된다. 색도는 5ppm의 카로테노이드를 포함하는 수성 분산액에서 측정되었고 1cm 큐벳(cuvette)에서 1% 용액의 계산된 흡광도(E1/1-값)로 주어졌다. 평균 입자 크기는 쿨터 입자 분석기(Coulter Particle Analyzer) N4S에 의해 측정되었다. 카로테노이드 함량은 UV-분광분석법(spectroscopy)에 의해 측정되었다.
실시예 1
용매: 에틸 아세테이트, 간접적인 열 전달.
수성 매트릭스를 케틀 (1)에서 제조하였다. 또한, 아스코르빌 팔미테이트 1.0kg을 60℃에서 물 27.8kg에 분산시켰다. 본 분산액의 pH-값을 NaOH(20%)를 사용하여 7.2 내지 7.6으로 조정하였다. 그 후 어류 젤라틴 3.4kg 및 슈크로스 7.2kg을 첨가하였다. 생성된 혼합물을 점성의 투명한 용액이 얻어질 때까지 교반하였다.
전체-트랜스-β-카로텐 결정 0.75kg을 케틀 (2)에서 dl-α-토코페롤 90g, 옥수수유 330g 및 에틸 아세테이트 7.5kg의 혼합물에 분산시켰다.
카로텐 현탁액을 펌프 (6)을 통해 6kg/h의 속도로 열교환기 (4)로 연속적으로 공급하였고, 160℃로 가열시켰고, 카로텐은 가용화되었다. 열교환기에서의 체류 시간은 4초였다.
케틀 (1)의 매트릭스 용액을 펌프 (7)을 통해 9.2kg/h의 유속으로 케틀 (3)으로 공급하였고 카로텐 용액과 혼합시켰다.
생성된 에멀젼을 두번째 열교환기 (5)에서 60℃로 냉각시켰고 압력을 대기압으로 감압하였다.
에틸 아세테이트를 박막 증발기에서 제거시켰다. 생성된 에멀젼은 225nm의 불연속상 입자 크기를 나타냈고, 이를 분무 건조시켰다. 다음의 특성을 갖는 분말을 수득하였다: 11.6% 카로텐 함량, E1/1=1015, λmax. 440 내지 460nm. 분말은 진한 적색을 나타내고 찬물에 잘 용해되었다.
실시예 2
용매: 이소프로필 아세테이트, 직접적인 열 전달(증기)
아스코르빌 팔미테이트 1.25kg을 실시예 1에 따라 60℃에서 물 30.9kg에 분산시켰다. 본 분산액의 pH-값을 NaOH(20%)를 사용하여 7.2 내지 7.6으로 조정하였다. 그 후 어류 젤라틴 5.1kg 및 슈크로스 7.1kg을 첨가하였다. 생성된 혼합물을 점성의 투명한 용액이 수득될 때까지 교반하였다.
칸타크산틴 결정 0.75kg을 케틀 (2)에서 dl-α-토코페롤 0.10kg, 옥수수유 0.36kg 및 이소프로필 아세테이트 6.25kg의 혼합물에 분산시켰다.
칸타크산틴 현탁액을 증기 주입으로 170℃까지 승온시킨 혼합 용기에 펌프 (6)을 통해 6kg/h의 유속으로 연속 공급하였다. 그후, 고온의 칸타크산틴 분산액을 열교환기 (4)를 통해 2초동안 통과시켰고, 여기서 칸타크산틴은 가용화되었다.
케틀 (1)의 매트릭스 용액을 펌프 (7)을 통해 8.1kg/h의 유속으로 케틀 (3)으로 공급하였고 칸타크산틴 용액과 혼합하였다.
생성된 에멀젼을 열교환기에서 60℃까지 냉각하였고 대기압으로 감압시켰다.
이소프로필 아세테이트를 박막 증발기에서 제거시켰다. 생성된 에멀젼은 213nm의 불연속상 입자 크기를 나타냈고, 이를 분무 건조시켰다. 다음의 특성을 갖는 분말을 수득하였다: 12.3% 칸타크산틴 함량, E1/1=905, λmax. 470 내지 485nm. 분말은 진한 체리적색을 갖고 찬물에 잘 용해되었다.
실시예 3
용매: 이소프로필 아세테이트, 직접적인 열 전달(증기)
어류 젤라틴 10.3kg, 당 20.6kg 및 아스코르빌 팔미테이트 2.78kg을 케틀 (1)에서 물 27.56kg에 용해시켰다. 본 매트릭스의 pH-값을 NaOH(20%)를 사용하여 7.2 내지 7.6으로 조정하였다.
β-카로텐 6.68kg, dl-α-토코페롤 0.84kg 및 옥수수유 3.34kg을 케틀 (2)에서 이소프로필 아세테이트 33.4kg에 분산시켰다.
β-카로텐 현탁액을 출구 온도가 160℃에 이르도록 증기와 혼합시킨 열교환기 (4)에 펌프 (6)을 통해 25kg/h의 유속으로 공급하였다. 열교환기 (4)에서의 체류 시간은 1.0초였다. 매트릭스를 펌프 (7)을 통해 유속 34.5kg/h로 케틀 (3)에 펌핑하였고, 여기서 용해된 β-카로텐을 매트릭스와 혼합하고 매트릭스내에 유화시켰다. 에멀젼을 열교환기 (5)에서 60℃까지 냉각시켰다.
이소프로필 아세테이트를 수직 증발기를 사용하여 에멀젼에서 제거하였다. 생성된 에멀젼은 220nm의 불연속상 입자 크기를 나타내었고, 이를 분무 건조시켰다.
최종 생성물은 다음의 특성을 가졌다: 11.3% β-카로텐 함량, E1/1=1159, λmax. 440 내지 460nm. 분말은 물에 잘 용해되었다. 용액은 매우 진한 황색을 가졌다.
실시예 4
용매: 이소프로필 아세테이트, 직접적인 열 전달(증기)
어류 젤라틴 9.25kg, 당 18.5kg 및 아스코르빌 팔미테이트 2.5kg을 케틀 (1)에서 물 30.25kg에 용해시켰다. 본 매트릭스의 pH-값을 NaOH(20%)를 사용하여 7.2 내지 7.6으로 조정하였다.
β-카로텐 6.0kg, dl-α-토코페롤 0.75kg 및 옥수수유 3.0kg을 케틀 (2)에서 이소프로필 아세테이트 30.0kg에 분산시켰다.
β-카로텐 현탁액을 출구 온도가 158℃에 이르도록 증기와 혼합시킨 열교환기 (4)에 펌프 (6)을 통해 20kg/h의 유속으로 공급하였다. 열교환기 (4)에서의 체류 시간은 1.3초였다. 매트릭스를 펌프 (7)을 통해 30.4kg/h의 유속으로 케틀 (3)에 펌핑하였고, 여기서 용해된 β-카로텐을 매트릭스와 혼합시키고 매트릭스내에 유화시켰다. 에멀젼을 열교환기 (5)에서 60℃까지 냉각시켰다.
이소프로필 아세테이트를 수직 증발기를 사용하여 에멀젼에서 제거하였다. 생성된 에멀젼은 240nm의 불연속상 입자 크기를 나타내었고, 이를 분무 건조시켰다.
최종 생성물은 다음의 특성을 가졌다: 11.2% β-카로텐 함량, E1/1=795, λmax. 440 내지 460nm. 분말은 물에 잘 용해되었고, 용액은 매우 진한 적색을 가졌다.
실시예 5
용매: 메틸렌 클로라이드, 직접적인 열 전달(증기)
어류 젤라틴 9.25kg, 당 18.5kg 및 아스코르빌 팔미테이트 2.5kg을 케틀 (1)에서 물 30.25kg에 용해시켰다. 본 매트릭스의 pH-값을 NaOH(20%)를 사용하여 7.2 내지 7.6으로 조정하였다.
β-카로텐 6.0kg, dl-α-토코페롤 0.75kg 및 옥수수유 3.0kg을 케틀 (2)에서 메틸렌 클로라이드 30.0kg에 분산시켰다.
β-카로텐 현탁액을 출구 온도가 145℃에 이르도록 증기와 혼합시킨 열교환기 (4)에 펌프 (6)을 통해 20kg/h의 유속으로 공급하였다. 열교환기 (4)에서의 체류 시간은 1.3초였다. 매트릭스를 펌프 (7)을 통해 30.4kg/h의 유속으로 케틀 (3)에 펌핑하였고, 여기서 용해된 β-카로텐을 매트릭스와 혼합하고 매트릭스내에 유화시켰다. 에멀젼을 열교환기 (5)에서 35℃까지 냉각시켰다.
메틸렌 클로라이드를 수직 증발기를 사용하여 에멀젼에서 제거시켰다. 생성된 에멀젼은 196nm의 불연속상 입자 크기를 나타내었고, 이를 분무 건조시켰다.
최종 생성물은 다음의 특성을 가졌다: 9.9% β-카로텐 함량, E1/1=1120, λmax. 440 내지 460nm. 분말은 물에 잘 용해되었고, 용액은 매우 진한 황색을 가졌다.
본 발명에 따라 미분된 분말상 카로테노이드, 레티노이드 또는 천연 착색 제제를 연속적으로 제조할 수 있다.

Claims (2)

  1. a) 선택적으로 산화방지제 및/또는 오일을 포함하는 수-불혼화성 유기 용매중 활성 성분의 현탁액을 형성하는 단계,
    b) 단계 a)의 현탁액을 열교환기로 공급하고, 열교환기에서의 체류 시간을 5초 미만으로 하여 상기 현탁액을 100 내지 250℃로 가열하는 단계,
    c) 선택적으로 안정화제를 포함하는 팽윤성 콜로이드 수용액을 20 내지 100℃에서 단계 b)의 용액과 신속하게 혼합하는 단계,
    d) 유기 용매를 제거하는 단계 및
    e) 단계 d)의 분산액을 분말상 제제로 전환시키는 단계를 포함하는,
    활성 성분이 미분된 분말상 카로테노이드, 레티노이드 또는 천연 착색 제제의 제조를 위한 연속 방법.
  2. 제 1 항에 따른 방법으로 제조되고 활성 성분 0.5 내지 25중량%를 함유하는 분말상 제제.
KR1019990005665A 1998-02-23 1999-02-20 미분된 분말상 카로테노이드 제제의 제조방법 KR100695589B1 (ko)

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