KR20110075008A - 캡슐의 형태에서의 철원제품 및 그 제조에 관한 방법 - Google Patents
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Abstract
고형 캡슐의 형태로 철원생성물을 포함하는 철분 강화된 식품이 제공되고, 그 캡슐은 알긴산철을 포함하는 코어, 알긴산 칼슘을 포함하는 외층을 포함한다. 캡슐은 수화된 식품 및 건조된 식품 모두를 강화하기에 적합하고 저장 및 사용의 표준 지역 조건 하에서 양호한 안정성을 갖는 것은 물론, 탁월한 적하 용량에 의해 특징화된다. 본 발명의 철분강화 식품은 인간에서의 철분결핍의 발생을 예방하거나 철분결핍을 감소시키도록 작용한다.
Description
본 출원은 2008년 11월 13일에 출원된 미국 가출원 제 61/114,261호 및 유럽 특허 출원 EP08166052.4의 혜택을 청구하고, 그것은 참조에 의해 여기서 병합된다.
본 발명은 철분강화된 식품 및 인간에서 철분결핍의 발생을 예방하기 위한 또는 철분결핍을 감소시키기 위한 그 사용에 관한 것이다.
철분결핍은 대개의 개발도상국가들에서 가장 빈번한 결핍 질병들 중 하나이고 또한 산업국가에서 중요한 결핍 질병이다. 특정 식제품의 철분강화는 철분결핍의 발생을 예방하기 위한 한 가지 방법이다. 그러나 강화된 음식이 철분결핍을 감소시키는데 효과적이기 위해서는, 첨가된 철분은 반드시 충분히 생물학적으로 이용가능해야만 한다.
적합한 철분강화제는 반드시 많은 요구조건들을 만족시켜야 한다. 먼저, 그것은 인체에 무해해야 한다. 또한, 반드시 중성 또는 적절하게 산성인 환경에서 수불용성(water-insoluble)이어야 하고, 이는 양호한 저장 특성에 결정적이다. 그것은 또한 인체에서 높은 흡수성, 즉 양호한 생물학적이용가능성(이는 위장관에서의 양호한 가용성을 의미한다)을 가져야한다. 또한 반드시 양호한 안정성을 가져야 하고, 화학적으로 정의가능해야하며 재현가능한 방법으로 생산가능해야한다, 즉, 일정하고 제어가능한 특성을 보장해야 한다.
철분의 생물학적이용가능성은 그 화학적 형태의 작용이고, 그 가용성은 이로부터 결정되며, 그것은 그 흡수를 촉진하거나 방해하는 식품 성분의 존재의 작용이다. 생물학적 이용가능성은 감각 변화와 단단히 연결된다. 황산제1철(ferric saccharate), 글루콘산제1철, 젖산제1철, 및 구연산철암모늄과 같은, 물에 잘 녹는 철원은 높은 생물학적이용가능성을 나타냄에도, 그것들이 식품에서 다른 성분과 반응할 때, 강화된 제품의 변색 및 맛에서의 변화를 야기하는 불이익을 겪는다. 푸마르산철, 숙신산제1철, 및 당산제2철은 천천히 물에서 용해가능하나 위액과 같은 희석산에서 즉시 용해가능하다. 그것들이 지방산화 및 변색에 대한 효과의 관점에서 황산제1철보다 월등해보일 수 있음에도, 식품과의 상호작용은 철분의 흡수를 감소시킬 수 있다. 피로인산제2철, 오쏘인산제2철, 및 원소 철과 같은 난용성 철원의 저장 동안 식품과의 상호작용의 결여는 상업적인 관점에서 이들을 매력적인 강화제로 만들고, 많은 유아용 시리얼이 현재 그러한 형태의 철분을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 이들 철원의 생물학적이용가능성은 항상 낮다.
따라서, 통상 상업적으로 사용되는 철분 화합물은 지나치게 수가용성이어서 기술적 문제를 야기하거나 또는 용해하는 것이 너무 어려워서 인체에서의 흡수성이 매우 낮게 나타났다.
여러 시도는 산화로부터 그것을 보호하고 그 관능효과를 최소화하기 위해 비활성 화합물로 그것을 캡슐화하는 것에 의해 강화에 대해 안정되게 생물학적으로 이용가능한 철원을 제공하도록 이루어졌다. 그럼에도, 대두경화유, 모노- 및 디글리세리드 또는 에틸 셀룰로오스와 다수의 철염(iron salt)의 캡슐화는, 철염에 대해 일부 보호를 제공함에도, 특정 식제품의 강화에 적합하지 않은 것으로 밝혀졌다(cf. R.F. Hurrell et al. "Iron fortification of infant cereals: a proposal for the use of ferrous fumarate or ferrous succinate", Am . J. Clin. Nutr . 1989, vol. 49, pp. 1274).
EP-A-1694312는 알긴산 나트륨(sodium alginate)의 층으로 피막된 황산제1철1수화물의 입자를 개시한다. 입자를 획득하기 위해, 알긴산나트륨 용액이 교반 하에서 고형 황산제1철 입자의 표면 상에 분사된다. 알긴산 용액의 미세층이 입자 상에 증착되고, 따라서 비개질된 황산제1철 코어를 피막하는 알긴산철(iron alginate) 막의 형성이 선호된다. 물과 접촉할 때, 입자는 천천히 용해하고, 황산제1철 코어는 매질로 방출된다. 결과적으로, 이들 입자는 밀가루 및 다른 씨리얼과 같은 건조된 식품에 병합될 수 있으나, 요거트 또는 주스와 같은 수분을 포함하는 식제품을 강화하기에 적합하지 않다.
부가적으로, 킬레이트 시약은 제1철염 및 철염의 생물학적이용가능성을 증가시키는데 있어서 그 유효성을 나타낸다. 철분과 EDTA 나트륨염의 조합은 유망한 철분 강화제로 간주된다. 철분과 EDTA의 결합은 위의 산성 환경에서 선호되나, 십이지장의 보다 알카리성인 매질에서 철분은 다른 금속과 부분적으로 교환된다. 동물 및 인간 연구에 기반한 일부 연구에서 흡수되기 이전 장내강에서 EDTA 복합체에서 철분을 분리하고, 그래서 그것이 높게 조절된 세포간 DMT-1 경로에 의해 전달될 수 있다는 것이 제안되어왔다. 철분과 EDTA의 조합은 또한 파이테이트 또는 폴리페놀과 같은 철분 흡수의 다른 저해제의 효과로부터 철분을 보호하는 것으로 보고되어왔다. 철분 강화제로서의 그 잠재성은 개발도상국에서 실행된 5회의 확장된 강화 시험에서 입증되어왔다(L. Zhu et al. "Iron dissociates from the NaFeEDTA complex prior to or during intestinal absorption in rats", J. Agric . Food Chem .2006, Vol.54, 7929-34). 타르타르산, 말산, 숙신산, 및 푸마르산과 같은, 일부 짧은 사슬 유기산은 철분 화합물의 생물학적이용가능성이 CACO-2 셀을 사용하는 인비트로 분석에서 40-폴드까지 증가하는 것을 나타냈다(S. Salovaara et al., "Organic acids influence iron uptake in the human epithelial cell line Caco-2", J. Agric . Food Chem . 2002, Vol. 50, p. 6233). 제안된 작용 메커니즘은 EDTA의 것과 유사하다. 킬레이트 시약은 철 양이온, Fe(Ⅱ) 또는 Fe(Ⅲ)와 결합하고, 염기성 pH로 인해 또는 철을 트랩(trap)하거나 침전시키는 다른 화합물로인해 그것이 침전되는 것을 막는다. 철분은 그때 흡수될 수 있는, 장세포까지 확산될 수 있다.
다양한 철원이 식품을 강화하는 것으로 이미 알려진 반면에, 인간에서의 높은 생물학적이용가능성 및 그것의 저장 동안 강화된 제품의 양호한 안정성을 보장하면서, 수화된 식제품에 사용될 수 있고 양호한 기계적 강도를 갖는 식제품용 철분강화제에 대한 요구가 지속적으로 있다.
따라서, 본 발명의 일 부면에 따르면, 고형 캡슐의 형태로 철원 제품을 포함하는 철분 강화된 식품이 제공되고, 캡슐은 알긴산철을 포함하는 코어, 및 알긴산칼슘을 포함하는 외층을 포함한다.
본 발명의 또 다른 부면은 인간에서의 철분 결핍의 발생을 예방하기 위해 또는 철분 결핍을 감소시키기 위해 위에서 정의된 바와 같은 철분강화 식품의 사용이다.
발명가는 심지어 높은 수분 함량을 포함할 때조차 식품에 첨가될 때 변색하지 않고 부패하지 않는, 얻어진 철분강화 식품이 물에서 또는 약산성 매질에서 가용성이 아닌, 개선된 물리적 특성을 갖는 생물학적으로이용가능한 철원 제품을 발견해왔다. 동시에, 신규한 철원 제품은 양호한 생물학적이용가능성을 공여하도록, (공복 상태에서 1만큼 낮을 수 있는) 위의 pH에서 충분히 가용성이다. 이러한 철원 제품은 취급이 용이하고, 양호한 기계적 강도를 가지며, 지속적으로 재현가능하다.
도 1은 공백 그룹 (B) 및 캡슐을 섭취한 그룹 (C)에서의 동물들의 그램 체중의 전개를 나타낸다. x 축은 일수로 시간을 나타내고, y 축은 그램으로 체중을 나타낸다.
도 2는 공백 그룹 (B) 및 캡슐을 섭취한 그룹 (C)에 대해 케이지에서의 일당 그램 단위의 식품 섭취의 전개를 나타낸다.
도 3은 공백 그룹 (B) 및 캡슐을 섭취한 그룹 (C)을 위한 케이지 일당 그램 단위의 수분 섭취의 전개를 나타낸다.
도 4는 저장의 네가지 다른 조건에서의 철분의 방출 백분율(%Fe)을 나타내고, 여기서 RT=실온 저장, 37C=37℃에서 저장, w=수용액에서 저장, d=용매 없이 저장을 의미한다. x축은 개월로 시간을 나타낸다.
도 5는 위에서 언급된 바와 같은 저장의 네가지 다른 조건에서의 칼슘의 방출의 백분율(%Ca)을 나타낸다. x축은 개월로 시간을 나타낸다.
도 6은 위에서 언급된 바와 같은 저장의 네가지 다른 조건에서 1개월 반 후에 매질로 방출된 금속 양이온의 비율(%Fe/%Ca)을 나타낸다.
도 7은 (A) (빗금 영역에 의해 표현된) 알긴산철을 포함하는 내부 코어를 갖는 캡슐, 및 알긴산 칼슘(calcium alginate)을 포함하는 외층, 및 (B) 금속 모두가 알긴산 매트릭스에서 동질하게 분포된 입자:의 표면에 근접한 영역에서 금속의 방출을 도식적으로 묘사한다.
도 8은 동물이 인비보 연구에서 생물학적이용가능성 측면에서 테스트 된 수유, 빈혈 유도 및 빈혈 회복의 기간을 나타낸다.
도 9는 빈혈 회복 기간 동안의 체중 증가를 나타낸다. 일수로 표현된 시간이 가로 축에 나타나고, 그램으로 표현된 체중이 세로 축에 나타난다. 그룹: M=수컷, F=암컷, -=음성 대조군, +=양성 대조군, c=캡슐
본 발명의 부가적 대상, 이득 및 신규한 특징은 설명의 일부로 설정될 것이고, 설명의 검토 상에서 부분적으로 해당 기술분야의 당업자에게 명백해질 것이고 또는 본 발명의 실시에 의해 습득될 수 있다. 다음의 실시예 및 도면은 도해의 방법에 의해 제공되고, 본 발명을 한정하도록 의도되지 않는다.
도 2는 공백 그룹 (B) 및 캡슐을 섭취한 그룹 (C)에 대해 케이지에서의 일당 그램 단위의 식품 섭취의 전개를 나타낸다.
도 3은 공백 그룹 (B) 및 캡슐을 섭취한 그룹 (C)을 위한 케이지 일당 그램 단위의 수분 섭취의 전개를 나타낸다.
도 4는 저장의 네가지 다른 조건에서의 철분의 방출 백분율(%Fe)을 나타내고, 여기서 RT=실온 저장, 37C=37℃에서 저장, w=수용액에서 저장, d=용매 없이 저장을 의미한다. x축은 개월로 시간을 나타낸다.
도 5는 위에서 언급된 바와 같은 저장의 네가지 다른 조건에서의 칼슘의 방출의 백분율(%Ca)을 나타낸다. x축은 개월로 시간을 나타낸다.
도 6은 위에서 언급된 바와 같은 저장의 네가지 다른 조건에서 1개월 반 후에 매질로 방출된 금속 양이온의 비율(%Fe/%Ca)을 나타낸다.
도 7은 (A) (빗금 영역에 의해 표현된) 알긴산철을 포함하는 내부 코어를 갖는 캡슐, 및 알긴산 칼슘(calcium alginate)을 포함하는 외층, 및 (B) 금속 모두가 알긴산 매트릭스에서 동질하게 분포된 입자:의 표면에 근접한 영역에서 금속의 방출을 도식적으로 묘사한다.
도 8은 동물이 인비보 연구에서 생물학적이용가능성 측면에서 테스트 된 수유, 빈혈 유도 및 빈혈 회복의 기간을 나타낸다.
도 9는 빈혈 회복 기간 동안의 체중 증가를 나타낸다. 일수로 표현된 시간이 가로 축에 나타나고, 그램으로 표현된 체중이 세로 축에 나타난다. 그룹: M=수컷, F=암컷, -=음성 대조군, +=양성 대조군, c=캡슐
본 발명의 부가적 대상, 이득 및 신규한 특징은 설명의 일부로 설정될 것이고, 설명의 검토 상에서 부분적으로 해당 기술분야의 당업자에게 명백해질 것이고 또는 본 발명의 실시에 의해 습득될 수 있다. 다음의 실시예 및 도면은 도해의 방법에 의해 제공되고, 본 발명을 한정하도록 의도되지 않는다.
용어 "생물학적이용가능성(bioavailavility)" 및 "생물학적으로이용가능한(bioavailable)"은 영양소 또는 미량영양소가 인체에 의해 흡수될 수 있고 사용될 수 있다는 관점에서 언급된다. 본 발명의 목적을 위해, 본 발명의 철분강화 식품에 사용된 고형 캡슐의 형태로 철원 제품을 제조하기 위해 사용된 철염은 반드시 양호한 생물학적이용가능성을 가져야 하고, 그것은 위장관에서의 양호한 가용성을 의미한다. 따라서, 여기서 사용된 바와 같은 용어 "생물학적으로이용가능한 철염", "생물학적으로이용가능한 수가용성 철염" 및 "수가용성 철염"은 푸마르산철, 숙신산제1철, 및 당산제2철과 같은 물에서 천천히 녹는 그러나 희석산에서는 빠르게 잘 녹는 철염은 물론, 황산제1철, 글루콘산제1철, 젖산제1철, 및 구연산철암모늄과 같은 가용성 철염에 관한 것이다.
나트륨, 칼륨, 마그네슘, 또는 암모늄 알기네이트와 같은 수가용성 알긴산염(iron alginate)은 사슬을 따라 불규칙적 방식으로 그리고 블록와이즈 방식으로 배열된 베타-D-마누론산(M) 및 알파-L-글루론산(G) 잔여물의 두가지 타입의 모노머들로 구성되는 바다의 갈조류로부터의 천연 선형 폴리사카라이드이다. 카르복실기를 전달하는 생체고분자는 금속 다가 이온과 복합체를 형성하는 것이 가능하다.
수가용성 철염이 수가용성 알긴산염과의 접촉에 진입할 때, Fe2 + 또는 Fe3 +와 같은 철 양이온과의 반응에 의한 알긴산염의 카르복실기들의 교차결합 및 겔화가 발생한다.
알긴산철을 포함하는 코어가 칼슘염의 수용액과 접촉 상태에 놓여질 때, (알긴산칼슘을 포함하는 외층으로 커버링된 코어에 의해 형성된) 캡슐이 칼슘 양이온과 알긴산염의 반응에 의해 형성된다는 점이 발견되어왔다. 물에서 또는 약산성에서 가용성이 아닌, 이러한 외층은 캡슐의 기계적 강도가 증가하는 동안 환경과 철분의 접촉을 회피한다. 고형 캡슐의 형태에서의 이러한 철원 제품은 수화된 식품을 강화하기에 적합하다.
일반적으로, 고형 캡슐의 형태로 위에서 언급된 철원 제품으로 강화되어야 하는 식품은 특히, 산화, 풍미상실 전개(development), 또는 유리 철의 존재하에서 변색에 민감한 식품 또는 음료이다. 특히, 철원 제품은 밀가루 및 다른 시리얼과 같은 분말 제품, 및 빵, 파스타 및 케익과 같이 그로부터 제조된 식품과 같은 일반적으로 강화된 식품은 물론, 요거트, 우유, 브로스, 소스, 주스, 및 다른 음료와 같은 수화된 식품을 강화하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 강화되기에 적합한 식품의 부가적인 예시는 소시지와 같은 미트 에멀전이다.
코어를 형성할 때, 만일 철염의 양이 모든 알긴산염 모노머와 반응하기에 요구되는 것보다 높다면, 철염은 형성된 겔 상에 트랩될 것이다. 반대로, 만일 수가용성 알긴산염의 양이 모든 허용가능한 다가 양이온과 반응하기 위해 요구되는 것보다 높다면, 수가용성 알긴산염 역시 획득된 겔의 일부를 형성할 것이다. 따라서, 본 발명의 제 1 부면의 실시예에서, 코어는 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 또는 암모늄 알기네이트와 같은 적어도 하나의 수가용성 알긴산염을 더 포함한다. 바람직하게, 수가용성 알긴산염은 알긴산 나트륨이다.
수가용성 철염은 철분의 생물학적이용가능성을 개선하므로 선호된다. 따라서, 바람직하게, 생물학적으로이용가능한 철염은 황산제1철, 글루콘산제1철, 젖산제1철, 및 구연산철암모늄과 같은 물에 잘 녹는 철염이거나, 또는 푸마르산철, 숙신산제1철과 같은, 물에서 천천히 녹으나 희석산에서 빠르게 잘 녹는 철염이다. 바람직하게, 생물학적으로이용가능한 철염은 황산제1철 및 당산제2철(ferric saccharate)로부터 선택된다. 더욱 바람직하게, 생물학적으로이용가능한 철염은 당산제2철이다.
부가적으로, 위에서 언급된 바와 같이, 킬레이트 시약은 제1철염 및 철염의생물학적이용가능성을 증가시키는데 있어서 그 유효성을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 제 1 부면의 실시예에서, 코어는 킬레이트 시약을 더 포함한다. 바람직하게, 킬레이트 시약은 타르타르산, 말산, 숙신산, 푸마르산, 시트르산, 락트산, 옥살산 또는 그 염, EDTA, 및 자당(saccharose)으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 더 바람직하게, 킬레이트 시약은 자당이다. 본 발명에 따라 알긴산칼슘을 포함하는 외층을 갖는 알긴산철을 포함하는 코어를 형성하기 위한 제1철염 또는 철염 및 킬레이트 시약의 조합은 철을 포함하는 매트릭스의 분해를 회피하고 강화에 사용되는 철염과 관련된 좋지 않은 맛을 회피하면서, 위장관 외부의 환경으로부터 그것을 분리가능하도록 하는 반면에, 철분의 생물학적이용가능성을 개선한다. 위에서 언급된 바와 같이, 당산제2철은 엄밀히 말해, 그것이 수산화제2철 자당 복합체임에도, 본 발명에서 사용된 수가용성 철염 가운데 포함된다. 철염으로서의 당산제2철의 사용은 자당의 존재에 의해 킬레이트 시약의 이득을 병합한다.
언급된 철원 제품은 (ⅰ) 적어도 하나의 생물학적으로이용가능한 철염 및 적어도 하나의 수가용성 알긴산염을 접촉시키는 것에 의해 알긴산철을 포함하는 코어를 형성하는 단계, (ⅱ) 용액의 포화점 이하의 농도와 0.025 M 사이에 포함되는 농도의 칼슘염의 수용액과 코어를 접촉시키는 단계, 및 (ⅲ) 획득된 고형 캡슐을 분리시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다. 바람직하게, 코어를 형성하기 위해 사용된 적어도 하나의 생물학적으로이용가능한 철염은 당산제2철이다. 또한, 바람직하게, 코어를 형성하기 위해 사용된 적어도 하나의 알긴산염은 알긴산 나트륨이다.
캡슐을 얻기 위해 사용된 코어는 적어도 하나의 철염의 입자의 표면 상에 적어도 하나의 수가용성 알긴산염을 증착시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 철염 입자 상의 알긴산 막의 증착을 허용하는 작용이 사용될 수 있다. 바람직하게, 그것은 고형을 교반시키기 위한 종래의 장비에서 교반 하에 유지되는 철염 입자 상에 분사 노즐을 통해 알긴산염 수용액을 분사하는 것에 의해 수행된다.
온도가 제어되고 입자가 입자층을 스며드는 기류에 의해 상향 및 하향 이동을 유지하는 유동층의 보조 교반 베인이 제공될 수 있거나 또는 제공될 수 없는, 틸팅 플레이트 또는 로테이팅 드럼과 같은 장비가 이러한 작용을 위해 추천된다.
철원 제품은 (ⅰ) 겔을 획득하기 위해 적어도 하나의 수가용성 알긴산염의 수용액에서 적어도 하나의 생물학적으로이용가능한 철염을 용해하거나 또는 서스펜딩하는 것에 의해 코어를 형성하는 단계, (ⅱ) 강한 교반 하에, 용액의 포화점 이하의 농도와 0.025 M 사이에 포함된 농도의 칼슘염의 수용액 상에 획득된 겔을 천천히 첨가하는 단계, 및 (ⅲ) 획득된 고형 캡슐을 물로 여과하고 세정하는 단계에 의해 바람직하게 제조된다.
알긴산철을 포함하는 내부 코어가 적어도 하나의 알긴산염의 수용액에서 적어도 하나의 철염을 용해하거나 또는 서스펜딩하는 것에 의해 형성될 때, 철 양이온에 의한 알긴산의 교차결합이 코어 전체에서 생성되고, 그것은 코어를 그 자체로 덜 수가용성으로 만들고 더 높은 기계적 강도를 갖게 한다. 코어를 형성하기 위해, 0.6%(w/w)를 초과하는 알긴산 나트륨의 농도가 요구된다(또는 다른 수가용성 알긴산염이 사용될 때 등가의 농도가 요구된다). 따라서, 바람직하게 적어도 하나의 알긴산염은 알긴산 나트륨이고 수용액에서의 그 농도는 적어도 0.6%(w/w)이다. 보다 낮은 농도는 점성용액을 유도하나, 고형 캡슐의 형성을 유도하지는 않는다. 사용된 알긴산염의 농도에 대한 상한 제한은 알긴산염의 수용해도 및 얻어진 알긴산 용액의 점도에 의해 정해된다.
코어의 제조에서 사용된 철염의 농도는 의도하는 바에 따라 선택될 수 있다. 철분의 보다 낮은 농도는 철분이 부족한 캡슐을 유도할 것이다. 반면 보다 높은 농도는 보다 높은 양의 철분을 갖는 캡슐을 유도할 것이다. 사용된 철염의 농도에 대한 상한 제한은 그의 수가용성에 의해 고정된다. 완전히 만족스러운 결과는 1 M까지의 농도 범위에서, 제1철염 및 철염 모두를 사용하여 획득되어왔다. 알긴산 수용액과 철염의 혼합은 얻어진 혼합물이 점성이 매우 강해지거나 또는 침전물이 형성되는 것을 회피하기 위해 강한 교반 하에 수행된다.
철분 및 알긴산염의 겔 형태의 혼합물이 알긴산칼슘을 포함하는 외층을 갖는 코어를 제공하기 위해 칼슘염을 포함하는 용액에 천천히 첨가될 때, 특히 양호한 기계적 강도를 갖는 캡슐이 획득된다. 0.025 M를 초과하는 칼슘의 최저 농도가 캡슐을 형성하기 위해 요구된다. 용액의 포화점 이하의 농도가 제공된다면, 최대 농도는 임계적이지 않다. 용액의 포화점, 즉 최대 농도점이 포함된 물질의 화학적 특성은 물론 액체의 온도에 따라 결정된다는 것은 해당기술분야의 당업자에 의해 용이하게 이해될 것이다.
제조 동안 칼슘의 농도는 캡슐에서의 칼슘의 최종 농도를 조절하도록 사용될 수 있다. 칼슘염 용액에 철분/알긴산 캡슐 코어를 첨가하는 동안, 그라인딩 장비가 캡슐의 크기를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 이하의 실시예에서, 실험실 규모 균질기가 고형 캡슐을 샌디 페이스트로 만들기 위해 사용된다. 최종적으로, 획득된 캡슐은 유리 금속 양이온을 제거하기 위해 물로 여과되고 전체적으로 세정된다.
위에서 정의된 철원 제품은 최종 강화된 식품에 최소한의 관능적 충격(organoleptical impact)을 갖는 것은 물론, 강화되기 위해 식품에 첨가될 때 양호한 혼합을 허용할 만큼 그리고 그 분리를 야기하지 않을 만큼 충분히 작은 입자크기를 가져야만 한다. 따라서, 본 발명의 캡슐의 바람직한 입자 크기는 강화되는 식품에 의해 결정될 것이다.
수화된 식품을 강화하기 위해 사용된 철원제품의 제조를 위한 방법은 사용된 그라인딩 장비에 의해 획득된 캡슐의 입자크기를 제어하도록 허용한다(그라인딩 장비가 더 미세할수록, 캡슐도 더 미세해진다). 제조 공정에서, 감소된 수의 응집체또는 캡슐 응집체, 또는 분리된 캡슐에 상응하는 훨씬 작은 개체 역시 획득됨에도, 0.1-1 mm의 정도의 크기를 갖는 응집체와 같은 캡슐의 미세 응집체가 형성될 수 있다. 따라서, 부가적으로, 캡슐의 입자크기분류는 거친 입자를 제거하기 위한 최종 산물의 스크리닝을 통해 수행될 수 있다. 캡슐의 제조 공정은 거의 눈으로 볼 수 없는 캡슐을 갖는 매우 미세한 분말을 수득하는 것을 허용한다. 바람직하게, 캡슐의 형태로 있을 수 있는 또는 캡슐의 일부 작은 응집체의 형태로 있을 수 있는 철원제품의 평균 크기는 심지어 더 작은 캡슐이 형성될 수 있음에도, 5 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위에 포함된다.
수화된 식품을 강화하기 위해 사용된 철원제품을 정의하는 캡슐은 탁월한 적하 용량에 의해 특징화된다. 또한, 그것들은 저장 및 사용의 표준 지역(local) 조건 하에서 양호한 안정성을 가진다. 따라서, 그것들은 강화된 식제품의 외관, 맛 및 품질유지에 경미하게 영향을 준다. 부가적으로, 그것들은 인체에 무해한 것으로 입증되어왔다. 즉 그것들이 포함하는 세포독성이 심지어 유리 철염의 것보다 작아서 그것들이 구강 투여될 때 독성이 없다. 그러므로 이러한 캡슐은 그것들이 식품 매트릭스에서 시간에 대해 장기간 동안 안정적이기 때문에 식품 강화에 매우 적합하고, 그것들이 위장관에 진입할 때 수가용성 철 성분을 방출할 수 있다.
캡슐에 존재하는 철과 칼슘의 양은 제 1 가용성 캡슐에 의해 그리고 용액을 정량화를 위한 원자 분광 기술에 제공하는 것에 의해 획득될 수 있다. 캡슐에서의 철분의 높은 수준은 심지어 강화 제품의 소량을 첨가하는 것에 의해서도 유기체에 의한 철분의 소망된 흡수를 보장하는 식품의 강화를 허용한다.
식품을 강화하기 위해 사용된 철원제품은 밀가루 및 다른 시리얼과 같은 탈수화된 식품, 및 빵, 파스타 및 케익과 같이 그로부터 제조된 식품, 요거트, 우유, 브로스, 소스, 주스, 및 다른 음료와 같은 수화된 식품 모두에 대한 철분 강화제로서 첨가될 수 있다.
캡슐에 대한 물에서의 또는 약산성 매질에서의 불용성을 함께 갖는 특히 양호한 기계적 강도는 철원제품을 요거트 강화의 경우와 같은 수분의 높은 함량 및 산성 환경과 같은 식품 그 자체로의 어그레시브한 조건 및/또는 어그레시브한 제조 공정을 대상으로 하는 식품을 강화하는데 특히 적합하게 한다.
식품 캐리어에 대한 캡슐의 가능한 병합은 요거트를 사용하여 테스트 된다. 요거트는 철분 결핍에 대해 보다 높은 기질을 갖는 대개의 인구 집단에 의해 잘 수용된다. 그러므로 강화 요거트는 철분결핍빈혈에 대처하는 탁월한 방법일 것이다. 캡슐이 요거트에서 발견할 수 있는 불리한 조건은 가용성 철원의 존재로부터 환경을 보호하기 위한 캡슐의 능력의 인디케이션으로서 작용한다. 철분이 고농도로 강화된 지방이 풍부한 음식에서 이슈 중 하나는 지방의 산화 및 불쾌한 맛의 전개이다. 이것은 단지 식품에 대한 소비자의 수용성을 감소시킬 뿐 아니라, 그 영양가도 저하시킨다.
이하의 실시예에서 개시된 바와 같이, 강화된 요거트는 본 발명의 캡슐 형태로 철원제품을 사용하여 제조되었다. 철분 캡슐은 우유에 첨가되었고, 그런 후에, 효모의 병합에 의한 저온살균, 균질화 및 발효작용이 수행되었다. 수행된 분석의 결과는 캡슐이 (제조 공정 및 그 자체로 캐리어의 특성 모두에서) 강화 요거트에서 발견된 난점을 극복할 수 있고, 최종 산물로서 시각적으로(색상뿐 아니라 외관에 관련된 변화도 거의 없음) 그리고 관능적으로(주목할만한 불쾌한 또는 금속성 맛 없음) 그 모든 측면에서 비강화된 요거트와 비교가능하다는 것을 나타낸다. 부가적으로, 본 발명의 철원 제품을 포함하는, 획득된 강화 요거트는 그 저장 동안 양호한 안정성을 가지는 것으로 입증되어왔다. 결과적으로, 보다 부드러운 캐리어가 보다 용이한 도전을 내포할 수 있다.
따라서, 바람직한 실시예에서, 본 발명을 따르는 철분강화 식품은 요거트이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 본 발명을 따르는 철분강화 식품은 우유이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 본 발명을 따르는 철분강화 식품은 음료이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 본 발명을 따르는 철분강화 식품은 미트 에멀전이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 본 발명을 따르는 철분강화 식품은 소시지이다.
또한 본 발명은 위에서 여기에 설명된 특정한 그리고 바람직한 그룹의 모든 가능한 조합을 다룬다.
온도, 시간, 크기, 등의 주어진 범위는 만일 구체적으로 언급되지 않는다면, 근사치로 간주되어야 한다.
실시예
실시예
1-
Fe
/
Ca
캡슐 제조 공정
물 100mL에서의 알긴산 나트륨 1.5g 용액에서, 당산제2철 7.98g(35%Fe)이 용해된다. 추출 깔때기를 사용하여, 알긴산 나트륨/당산제2철 혼합물이 0.5M CaCl2 수용액 300mL에 적하한다. 적하되는 동안, 형성된 캡슐 서스펜션은 실험실 균질기(Diax 900, Heidolph Instruments GmbH)를 사용하여 교반된다. 획득된 고형 캡슐은 진공 하에서 여과에 의해 분리된다. 캡슐은 가용성 염을 제거하기 위해 증류수에서 3회 서스펜딩되고 진공하에서 다시 여과된다. 젖은 캡슐 30g(캡슐 0)이 획득된다.
동일한 방법이 당산제2철 대신에, 철염으로서 염화제2철 또는 황산제1철 7수화물 중 어느 하나가 사용되는 것에 의해 수행될 수 있다. 다음의 캡슐은 언급된 세가지 다른 철염 중 어느 하나를 사용하여 그리고 또한 세가지 중요한 성분(즉, 철염, 알긴산염, 및 칼슘염)의 다양한 농도를 사용하여 성공적으로 제조되었다:
캡슐 1: 당산제2철(철 35%) 1M, CaCl2 0.1M, 알긴산 나트륨 1.5%
캡슐 2: 당산제2철(철 35%) 1M, CaCl2 0.1M, 알긴산 나트륨 3.0%
캡슐 3: 당산제2철(철 35%) 1M, CaCl2 1M, 알긴산 나트륨 1.5%
캡슐 4: 당산제2철(철 35%) 1M, CaCl2 1M, 알긴산 나트륨 3.0%
캡슐 5: FeSO4ㆍ7H2O 1M, CaCl2 0.1M, 알긴산 나트륨 1.5%
캡슐 6: FeSO4ㆍ7H2O 1M, CaCl2 0.1M, 알긴산 나트륨 3.0%
캡슐 7: FeSO4ㆍ7H2O 1M, CaCl2 1M, 알긴산 나트륨 1.5%
캡슐 8: FeSO4ㆍ7H2O 1M, CaCl2 1M, 알긴산 나트륨 3.0%
캡슐 9: FeSO4ㆍ7H2O 0.1M, CaCl2 0.1M, 알긴산 나트륨 1.5%
캡슐 10: FeSO4ㆍ7H2O 0.1M, CaCl2 0.1M, 알긴산 나트륨 3.0%
캡슐 11: FeSO4ㆍ7H2O 0.1M, CaCl2 1M, 알긴산 나트륨 1.5%
캡슐 12: FeSO4ㆍ7H2O 0.1M, CaCl2 1M, 알긴산 나트륨 3.0%
캡슐 13: FeCl4 0.1M, CaCl2 0.1M, 알긴산 나트륨 1.5%
캡슐 14: FeCl3 0.1M, CaCl2 1M, 알긴산 나트륨 1.5%
획득된 캡슐은 사용된 철염에 따른 색상을 가진다. 캡슐로부터의 양이온의 낮은 방출은 그것들을 무미하게 하고 물에서 서스펜더블하게 한다.
실시예
2. 철원제품의 입자 크기
실시예 1에서 제조된 캡슐(캡슐 1-14)의 크기를 측정하기 위해서, 길이를 측정하기 위해 캘리브레이트된 광학 현미경이 사용된다. 모든 경우에서, 캡슐의 미세 응집체는 심지어 육안으로도 분명히 볼 수 있고, 현미경을 사용하여 거의 명확하게 볼 수 있다. 이들 응집체가 0.1-1 mm의 정도의 크기를 가짐에도, 훨씬 작은 개체가 발견될 수 있고, 아마도 그것은 감소된 수의 응집체 또는 캡슐 응집체, 또는 분리된 캡슐일 것이다.
작은, 거의 눈으로 볼 수 없는, 캡슐 샘플의 부분은 라벨링된 현미경 슬라이드 상에 놓여진다. 물의 한 방울이 캡슐 상에 첨가된다. 서스펜션은 금속 나이프의 도움으로 부드럽게 교반되고, 커버 글래스가 각 현미경 슬라이드의 최상부에 놓여진다. 각 샘플이 20x 대물렌즈 및 10x 접안렌즈를 구비한 광학 현미경(Nikon Eslipse E800, Nikon Corp., Tokio, Japan)을 사용하여 관찰된다. 각 샘플에 대해 개별 캡슐 또는 캡슐의 최소 클러스터 중 어느 하나가 관찰될 수 있는 영역이 선택된다. 이러한 영역은 이미지 분석기(analySIS3.0, SoftImaging System Corp., Lakewood Co.)를 구동하는 PC에 연결된 디지털 카메라(Soft Imaging System, Colorview Ⅱ)를 사용하여 촬영된다. 조정된 눈금은 크기 참조를 위해 각 이미지 상에 수퍼임포오즈된다.
등록된 이미지는 캡슐의 크기 및 보다 작은 응집체의 일부의 크기가 대개 20 ㎛ 에 근접하고, 일부 경우에서 5 ㎛ 미만으로 작아지는 것을 보여준다. 보다 미세한 캡슐이 일반적으로 식품 강화에 바람직함에도, 보다 큰 캡슐 역시 보다 거친 그라인딩 장비를 사용하여 획득될 수 있다.
실시예
3. 캡슐 특성화
젖은 캡슐 0.3g이 농축된 질산에서 마이크로웨이브 오븐에서 다이제스트된다. 철 및 칼슘 농도는 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy)를 사용하여 정량화된다.
캡슐에서의 철 및 칼슘의 양은 분석된 캡슐에서의 배치(batch)에 거의 의존적이지 않다. 캡슐의 두개의 배치가 실시예 1(캡슐 0)에 따라 제조된다. 두개의 배치에서 중량의 백분율로 표현된 철 및 칼슘의 농도(±표준 편차)가 아래의 표 1에서 나타난다.
모든 배치에서 매우 유사한 결과가 획득되었을 뿐만 아니라, 캡슐의 탁월한 적하 용량(loading capacity)이 관찰되었다.
실시예
4. 캡슐 세포독성
인비트로 테스트가 철염을 포함하는 본 발명의 캡슐의 독성의 존재를 확인하기 위해 사용되었다. 테스트는 세포독성이 테스트될 것과 반대되는 물질을 갖는 HELA 셀 라인으로부터 셀을 인큐베이팅하는 단계를 포함하고, 이러한 테스트가 독성을 확인하기 위해 일반적으로 사용된다. 테스트된 화합물은 개별적으로 그 주요한 성분: 캡슐에 사용된 철염(당산제2철), 및 알긴산 나트륨은 물론, 캡슐을 포함한다. HELA 성장 배지를 단독으로 포함하는, 음성 대조군 역시 참조 성장으로서 제조되고, 사용된다.
테스트 배지가 무균조건 하에서 제조된다. 실시예 1과 같이 제조된 캡슐(캡슐 0; 실시예 3의 배치 2)은 멸균기에서 무균화된다(20분, 110℃). 무균 물질을 사용하여, 캡슐 72mg(캡슐 배지), 당산제2철 17mg(철염 배지) 및 알긴산 나트륨 18mg(알긴산 배지)가 각각 HELA 성장 배지의 50mL에서 용해된다. 캡슐은 가용성이고 서스펜션으로 존재한다. 테스트 배지의 각각의 1:1, 1:10, 및 1:100 희석이 신선한 HELA 성장 배지를 갖는 캡슐, 철염 또는 알긴산 배지의 다음의 양을 희석하는 것에 의해 제조된다.
1:1 20μL+0μL 신선한 HELA 배지
1:10 2μL+18μL 신선한 HELA 배지
1:100 0.2μL+19.8μL 신선한 HELA 배지
1:1 캡슐과 철염 용액은 거의 동일한 철 농도를 가진다(각각, 0.285mg iron/ml 및 0.297mg iron/ml). 1:10 및 1:100 희석에 대해서도 동일함은 유효하다.
3500개의 헬라 셀이 두개의 96 웰 플레이트의 36개의 웰: 9개의 컨트롤 웰 및 3개 제품의 3개의 농도의 트리플리케이트를 위한 27개 웰에서 배양된다. 배지가 100μL까지 각 웰에 첨가되었다. 셀은 37℃에서 24시간 동안 인큐베이트되었다. 각 테스트 배지의 20μL 및 신선한 배지의 80μL가 각 웰에 첨가되었다. 대조군에서 단지 신선한 배지의 100μL가 첨가되었다. 플레이트 중 하나가 24시간 동안 그리고 다른 하나가 72시간 동안 인큐베이트되었다. 셀의 생장성이 EZ4U 비방사성 세포 증식 및 세포독성 분석(Biomedica Medizinproducte GmbH)을 사용하여 인큐베이션의 24시간 및 72시간 이후에 측정되었다.
결과는 대조군에 대한 성장의 백분율로, 즉 생장성의 백분률로 표현되었고, 그것은 음성 대조군에서의 생존 세포의 수로 나누어진 테스트 용액(캡슐, 당산제2철 또는 알긴산 나트륨) 중 어느 하나에서의 생존 세포의 수로서 계산되고, 백분율로 표현되었다. 결과는 아래의 표 2에서 도시되고, 캡슐화된 철의 세포독성이 유리 철의 그것보다 더 작다는 것을 나타낸다. 당산제2철이 안전한 식품 보조제라는 점을 고려할 때, 그것은 캡슐화된 형태이다. 어떤 독성도 알긴산 나트륨에서도 역시 관찰되지 않았다.
실시예
5. 캡슐 급성 독성
인비보 테스트는 인간에서 기대되는 것보다 100배 더 높은 투여량에서의 쥐에서 독성의 부재를 평가하기 위해 사용되었다. 인간에서의 참조 투여량은 70 kg 인간에 대한 RDI(Recommended Daily intake)의 3분의 2로 섭취되었다(0.14mg Fe/kg 체중). 그러므로 14mg Fe/kg 체중 투여량이 쥐에서의 이번 급성 독성 연구에서 사용되었다.
이번 테스트에서 사용된 철분 캡슐은 실시예 1에서와 같이 제조되었다(캡슐 0; 실시예 3의 배치 2). 캡슐이 살아있는 동물에 의해 섭취되도록 의도되기 때문에, 그것들은 병원체 미생물에 의한 캡슐의 오염을 회피하기 위해서, 무균 상태에서 제조되었다.
사용된 동물은 아래에서 설명된다:
-종 및 계통: 쥐, 스프레그-다울리(SD), Charles River Laboratories, France 제공된 Crl:CD.
-동물의 수 및 유형: 12마리 암컷 미분만 및 비잉태 쥐.
-나이(처리 시점): 2주.
-체중(처리 시점): 172-193g.
-포함 기준: 연구의 시작에서 평균 체중의 ±20%
-그룹: 동물은 두개의 그룹에서 분포된다(대조군 및 테스트 그룹).
심지어 그룹에서의 체중의 분포에도 기반.
연구의 타임라인은 다음과 같다:
-5일: 쥐의 시설 진입. 격리실에서의 격리 시작.
-3일: 격리 종료. 최종적인 방에서 순화 기간 시작.
-0일: 공백용액 또는 테스트 용액의 투여. 연구의 시작.
-14일: 연구 종료. 펜토바르비탈을 이용한 안락사 및 부검.
쥐는 격리실에서 이틀을 보내고, 순화 동안 최종적인 방에서 3일을 더 보낸다. 표준 거주 조건은 20-24℃, 30-70% 상대습도(RH) 및 매 시간 15회 이상의 환기이다. 온도 및 습도는 계속적으로 모니터된다. 12시간 형광 및 12시간 어둠의 빛 주기가 적용된다. 동물(케이지 당 두마리)은 사육되고 임의로(ad libitum) 물(탈회된 수돗물, 여과된 물 및 UV 빛으로 조사된 물)이 공급된다.
캡슐 및 바탕액의 투여, 수행된 관찰이 이하에 설명된다:
투여된 볼륨: 2mL/kg 체중이 일회 투여된다(연구의 0일). 테스트 그룹이 캡슐의 서스펜션 87 mg/ml를 받는 반면에(철 14mg/kg 체중), 대조군은 단지 수송 배지(증류수)만을 받는다.
투여 간격: 제 1 동물의 투여의 시작 및 최종 투여의 종료 사이에 경과된 시간은 45분이다.
사망 및 사망률: 두 가지 모두 투여 후 0일에 5, 15, 30, 90분, 2,4,6 및 8 시간까지 매일 확인되었고, 그리고 14일까지 매일 확인되었다.
체중: 3일 이후로 매일 등록. 0일에 투여 이전에 체중을 재었다.
음식 및 수분 섭취: 주 3회 등록(월, 수, 금), 3일에 시작.
임상 증상: 투여 후 5, 15, 30, 90분 이후, 2,4,6 및 8시간 이후, 및 13일 동안 더 매일 확인되었다.
이번 연구에서 사용된 모든 절차는 법안에 기반하고, 엄격하게 따른다: 인간 사용을 위한 의학 제품에 관련된 2001/83/EC를 수정하는, 유럽 위원회 지침 2003/63/EC, 2003. 6. 25. 절차 및 거주 설치는 실험에서 사용된 동물의 보호를 위한 요구조건을 엄격하게 따른다.:
이전에 언급된 파라미터가 쥐 각각에 대해 확인되었고, 공백 그룹 및 복용 그룹이 알파<0.05를 갖는 스튜던트 t-테스트를 사용하여 비교되었다(만일 적용된다면). 어떠한 자발성 사망도 동물 중 어느 하나에서 관찰되지 않았다. 희생에 대한 요구를 지시하는 어떠한 중요한 임상 증상도 14일 관찰 기간 동안 동물 중 어느 하나에서 관찰되지 않았다. 어떠한 중요한 차이점도 복용 및 비복용 그룹 사이에서의 체중에서 관찰되지 않았고(이하의 표 3 참조. 평균값은 6마리 동물을 갖는 결과로부터 획득된다; 도1), 또는 복용 및 비복용 그룹 사이에서의 수분 및 음식섭취에서 관찰되지 않았다(이하의 표 4 참조. 평균값은 동물의 3개 그룹(3 케이지)을 갖는 결과로부터 획득된다; 각각, 도 2 및 도 3). 괄호() 사이의 값은 표준 편차를 지시한다. 현미경 검시 관찰은 복용 및 비복용 그룹에서 유사하다.
이전에 언급된 결과로부터 사망 또는 관련된 임상 증상의 부족 때문에, 테스트된 제품이 급성 독성을 야기하지 않으며 14 mg/kg body의 등가 철 투여량으로 8주된 암컷 스프레그-다울리 쥐에 경구 투여될 때 독성이 없다라고 결론지어질 수 있다.
실시예
6. 캡슐 안정성
저장 동안 페이로드의 방출을 회피하기 위한 캡슐의 능력은 다양한 조건에서 테스트되어왔고, 이와 유사하게 그것은 캡슐로 복용되기 위한 다양한 배지에서 발견될 수 있다. 캡슐은 네개의 그룹으로 나누어지고, 각 그룹은 다양한 조건을 대상으로 한다:
1. 실온(RT)에서 저장, 수용액
2. 실온에서 저장, 고형 캡슐
3. 37℃에서 저장, 수용액
4. 37℃에서 저장, 고형 캡슐
수분 함량과 관련된 두개의 다른 조건이 캡슐이 대개 직면할만한 두개의 극한 환경을 시뮬레이트하기 위해 선택된다: 액체 식품 또는 수분 고함량 식품, 및 건조 식품 또는 수분 저함량 식품. 식품 또는 식품 보충제는 일반적으로 실온 또는 그 이하에서 저장되고, 온도가 올라갈수록 환경은 더욱 어그레시브해지기 때문에, 실험은 실온에서 수행된다. 보다 높은 온도 역시 보다 낮은 온도에서 보다 긴 시간을 추정하기 위해 그리고 그것들이 당면할만한 것보다 엄격한 조건에서 캡슐의 거동을 시뮬레이트 하기 위해 선택된다.
사용된 철분 캡슐은 실시예 1에서와 같이 제조된다(캡슐 0; 실시예 3의 배치 2). 실험에서 사용된 플라스틱 또는 글래스 소재로부터 철분 미량이 그것을 농축된 염산 또는 질산의 용액 10%(v/v)에서 밤새 잠겨 두는 것에 의해 제거되고, 충분한 양의 밀리-큐 워터로 5-6회 헹궈졌다. 두개의 샘플과 공백은 캡슐의 120mg을 중량하는 것에 의해 멸균 조건에서 각 분석을 위해 제조되고(공백에서 예외), 증류수 15mL가 첨가되었다("고형 캡슐" 실험에서 예외). 각 샘플은 실온에서 또는 0, 0.5 또는 1 개월 동안 37℃에서 봉인되어 보관되었다. 0, 0.5 또는 1개월 후, 증류수 15mL가 "고형 캡슐" 샘플에 첨가되었다. 분석된 모든 샘플은 그때 그 고형을 제거하기 위해 여과되고, 방출된 철분 및 칼슘은 ICP-AOS를 사용하여 상청액에서 정량화된다.
캡슐로부터의 철분 및 칼슘의 방출이 캡슐 안정성의 인디케이터로서 사용되된다. 보다 적은 철분이 방출될수록, 캡슐 내에서 페이로드를 유지하기 위한, 그리고 환경이 철분에 의해 저하되는 것 및 철분이 환경에 의해 캡처되는 것 두 가지 모두로부터 보호하기 위한 캡슐의 능력은 더욱 향상된다. 저장의 네개의 다른 조건에서의 철분의 방출(두개 샘플의 평균값)은 이하의 표 6에서 도시된다(도 4 또한 참조). 괄호() 사이의 값은 표준 편차를 나타낸다.
위에서 도시된 캡슐로부터 철분 페이로드의 방출의 값으로부터 캡슐의 안정성이 탁월하다는 것을 알 수 있다. 보다 열악한 조건에서, 캡슐화된 철분의 단지 1.4% 미만만이 방출된다. 다양한 조건에서 방출율을 비교하는 것에 의해, 수분의 존재 및 저장온도가 캡슐의 안정성에 얼마나 영향을 미칠지 알 수 있다. 온도의 상승(대략 20-25℃ 실온 대신에 37℃)은 캡슐과의 접촉에서 더 많은 수분을 함유하기 때문에, 방출율을 증가시킨다. 이전의 결과로부터 캡슐에 물을 첨가하는 것 및 고수분 활성을 갖는 환경에 그것을 보관하는 것의 효과가 실온에서 37℃까지의 온도 상승 보다 철분 방출의 비율 상에 더 강력한 효과를 가진다는 것 역시 알 수 있다. 캡슐을 수용액 및 37℃에서 보관해서 획득된 양호한 방출율조차 온도가 보다 실제적인 것으로 낮아질 때 개선된다. 실온에서 최대 방출율은 첫 달 이후 0.5410%±0.0050 정도이다. 캡슐의 성능은 만일 그것들 역시 실온이나 낮은 수분 활성 환경에서 보관된다면 탁월함에 근접해진다: 어떠한 철분 방출도 첫 두주 동안 검출되지 않고(철분 방출은 0.017% 이하) 단지 페이로드의 0.037%±0.011이 한달 저장 이후 환경으로 유실된다.
결과는 방출된 칼슘의 양에 있어서 다소 다르고, 그것은 이하의 표 7에서 도시된 바와 같다(도 5 또한 참조). 괄호() 사이의 값은 표준 편차를 나타낸다.
환경으로 방출된 칼슘의 비율은 철분의 그것보다 10배 이상 더 크고, 그것은 내부에 금속을 유지하는 캡슐의 능력이 칼슘에 대해서 보다 철분에 대해 훨씬 양호하다는 것을 나타낸다. 칼슘의 방출은 거의 대개 캡슐이 시간이 지나면서 소진되나, 칼슘이 철분보다 더 접근가능하기 때문에, 칼슘이 일차로 환경으로 방출된다는 것을 나타낸다. 만일 캡슐이 단지 철분만을 사용하여 제조된다면, 환경으로 방출되는 것은 칼슘이 아닌 철분일 것이다.
실시예
7. 캡슐 구조
두개의 다른 금속 양이온, 철분 및 칼슘을 사용한 캡슐의 제조는 알긴산 폴리머에 의해 단독으로 제공되는 것보다는 보호의 엑스트라 층을 갖는 캡슐을 제공하도록 선택된다. 캡슐의 제조 동안 금속 양이온이 첨가되는 순서 역시 알긴산철(즉 철분이 풍부한)을 포함하는 내부코어 및 알긴산칼슘(즉 칼슘이 풍부한)을 포함하는 외층이 형성되도록 특히 선택된다. 이것은 만일 캡슐이 그 저장 또는 취급 동안 소진된다면, 칼슘이 풍부한 영역은 주변 매질로 방출될 것이고, 알긴산 철을 포함하는 코어로부터의 철분의 방출을 지연시킬 것임을 보장한다.
캡슐 안정성 연구에서 획득된 데이터에서 알 수 있는 바와 같이, 테스트된 모든 조건에서, 방출된 칼슘의 비율은 철분의 비율보다 훨씬 크다(표 6 및 7 및 도 6을 참조). 이러한 사실은 알긴산철을 포함하는 내부 코어 및 알긴산 칼슘을 포함하는 외층을 갖는, 제안된 캡슐 구조에 대해 완전히 일치한다. 캡슐로부터의 금속의 방출은 그 성분의 화학적 용해화, 또는 캡슐의 물리적 마모에 기인한다. 두 가지 경우 모두에서 그것은 일차로 방출되는 캡슐의 표면에 근접한 영역이다. 캡슐은 칼슘에서보다 철분에서 훨씬 풍부하기 때문에(7.93% Fe vs 1.23% Ca) 대부분의 칼슘은 캡슐의 표면에 근접해서 위치되어야만 하고, 반면에 대부분의 철분은 그로부터 멀리 위치되어야만 하며, 그것은 도 7, (A)에서 묘사되는 바와 같다. 만일 캡슐에서 두 금속 모두의 분포가 완전하게 균질화되어야만 한다면, 도 7, (B)에서 묘사되는 바와 같을 것이고, 그것은 캡슐의 비율과 매우 근접하거나 동일하게 방출된 철분/칼슘의 비율을 가지며, 1에 근접한 방출된 %Fe/방출된 %Ca를 가질 것으로 예상된다. 관찰된 비율은 이 모델에 의해 예상된 비율보다 23 이상 더 작다. 그래서 이것은 철분이 풍부한 내부 구조 및 칼슘이 풍부한 외피를 갖는, 캡슐의 층 구조를 뒷받침한다.
실시예
8.
생물학적이용가능성
-용해성 테스트
Fe의 흡수는 위장관에서 발생한다. 위의 pH는 하루 종일 변화하고, 그것은 위가 소화시키는 음식물의 양에 따라 결정된다. 전체적으로, 그것은 다소 산성이다. 공복일 때, pH는 1만큼 낮을 수 있고, 그것은 온전한 식사 후에 5에 근접하게 상승한다.
인간에 대한 완전한 생물학적이용가능성 테스트는 매우 복잡하고 시간소모적이기 때문에, 본 발명을 따르는 철원제품의 생물학적이용가능성은 인공 위 환경에서의 용해성 참조와 같은 것을 사용하는 것에 의해 일차로 측정된다.
철분 캡슐의 생물학적이용가능성은 페이로드를 방출할 수 있는 그 능력에 따라 결정된다. 만일 캡슐이 지나치게 안정되면 그것은 그 내용물을 방출하지 않고 위장관을 견뎌내고, 철분의 생물학적이용가능성은 제로에 가까워질 것이며, 그것은 캡슐이 장에서 흡수되기에 너무 크기 때문이다. 반대로, 캡슐이 위장관을 통한 그 통과 동안 안정되지 않는다면, 페이로드는 장에 흡수되는 가용성 철분염으로서 방출될 것이고, 캡슐화된 철분에 대한 높은 생물학적 이용가능성을 제공할 것이다. 산성 소화 동안의 페이로드 방출을 측정하기 위해 실행된 인비트로 실험은 위의 pH와 근접한, pH=2인 염산에 의해 소화된 이후 캡슐로부터의 철분의 방출을 규명하는 것을 목적으로 한다. 10mL 에펜도르프 튜브에서, 실시예 1(캡슐 1)에서와 같이 제조된 당산제2철 캡슐 10mg은 중량되고, 그런 후에, 물 9mL가 첨가된다. 에펜도르프 튜브는 캡슐의 리서스펜션을 용이하게 하기 위해 손으로 강하게 교반된다. 캡슐의 일부 커다란 응집체가 튜브의 바닥에 남겨져 있음에도, 대개의 캡슐은 용이하게 리서스펜드된다. 서스펜션의 한 방울이 관찰 동안 현미경 슬라이드 상에 놓여진다. 일부 큰 응집체는 물론, 캡슐은 100x 배율을 사용하여 눈으로 볼 수 있다. (Olympus CH-2, 10x 접안렌즈, 10x 대물렌즈). 에펜도르프 튜브에, 물에서의 0.1M HCL 1mL가 첨가되고 그것은 강하게 교반된다. 산성 서스펜션의 두번째 방울 역시 현미경 슬라이드 상에 놓여지고 이전의 것과 비교된다. 두개의 방울 사이에 아무런 커다란 차이도 관찰되지 않는다. 산성 소화의 30분 후, 캡슐 한 방울이 현미경 슬라이드 상에 놓여진다. 현미경으로 관찰되기 전에, 1M NaOH의 한 방울이 첫번째 방울과의 접촉에 놓여지고, 그 혼합은 현미경 아래에서 관찰된다. NaOH가 캡슐 서스펜션을 통해 분산되기 때문에, 캡슐의 용해는 거의 즉각적이다.
신선한 캡슐의 작은 샘플이 깨끗한 현미경 슬라이드 상에 놓여진다. 1M NaOH 한 방울이 캡슐의 최상부에 놓여진다. 캡슐의 구조에서 아무런 변화도 관찰되지 않고, 캡슐은 (증류된 방울이 NaOH 침전물을 인트랩된 캡슐에 남겨놓을 때까지) 관찰되는 시간에 대해 안정적으로 유지된다. 방출 실험은 두개의 부면으로 구성된다. 제 1 부면에서 캡슐은 pH 2인 산성 매질에서 서스펜드된다. 이러한 pH는 위에서 발견된 pH와 유사하다. 캡슐의 구조에서 눈에 띄는 아무런 변화도 그러한 조건 하에서 발견될 수 없고, 그것은 100x 배율로 관찰된, 두장의 현미경사진에 의해 나타난 바와 같다. 증류수 또는 0.01M HCL에서 캡슐을 서스펜딩할 때 변화의 이러한 부족은, 만일 이러한 용액에서 기대되는 화학적 종을 고려할 때 놀라운 것이 아니다. 증류수에서, 캡슐은 안정적이고, 알긴산철 및 알긴산 칼슘의 침전물을 형성한다. 알긴산을 갖는 철분 및 칼슘의 상호작용은 알긴산 폴리머에서의 카르복실레이트 그룹(-COO-)의 존재 때문에 강력하다. 알긴산의 pKa(pKa>4) 하에서 서스펜션을 산성화하는 것은 카르복실레이트 그룹(-COO-)을 카르복실 그룹(-COOH)으로 전환하고, 그것은 양이온과 훨씬 더 약한 상호작용을 가진다. 이것은 캡슐의 페이로드의 방출을 유도하는 중요한 단계이다. 알긴산의 비양자화된 형태(-COO-)가 상대적으로 수가용성임에도, 양자화된 형태는 불용성이다. 이것은 폴리머 매트릭스가 불용성으로 남기 때문에, 화학적으로 다름에도, 다음의 반응 스킴에서 보여질 수 있는 바와 같은, 눈에 띄는 변화의 부족을 설명한다:
알기네이트에서 알긴산으로 전환될 때, 금속의 방출은 기본 배지에서 알긴산을 용해하는 것에 의해, 간접적으로 측정된다. 만일 양이온이 방출된다면, 남은 것은 가용성 철 및 칼슘 클로라이드 및 불용성 알긴산이다. 예를 들어 1M NaOH로, 배지를 염기성화하는 것은 알긴산 침전물을 용해시킬 것이다. 이러한 급속한 용해는 알긴산 나트륨으로 되돌아가는 알긴산의 전환에 의해 설명된다. 철 및 칼슘은 알긴산의 형태가 잘 녹는, 알긴산 나트륨을 갖는 침전물을 형성하기 위해 지나치게 낮은 농도에서 존재한다.
다른 한편으로 만일 양이온이 여전히 알긴산 매트릭스와 결합되다면, 염기성화는 철 및 칼슘과 결합될 때 불용성인, 알긴산을 알기네이트로 도로 전환시킬 것이다. 그래서, 소화되지 않은 캡슐 상에 수행된 캡슐의 염기성화는 그것들을 변화되지 않도록 해야만 하고, 그것은 캡슐에 존재하는 카르복실 그룹이 이미 카르복실레이트의 형태(-COO-)로 있고 양이온, 철 및 칼슘 모두와 강하게 상호작용하기 때문이다. 1M NaOH에서 서스펜드된 소화되지 않은 캡슐의 작은 일부 역시 현미경 하에서 촬영되고, 시간과 함께 변화되지 않은 이미지가 남겨지고, 그것은 기대했던 바와 같이 만일 소화되지 않고 1M NaOH에서 보관된다면 캡슐이 안정적이라는 것을 나타낸다.
이러한 실험을 사용하여 관찰된 금속의 간접 방출은 위에 진입한 후에, 산성 pH가 불용성 캡슐을 불용성 알긴산 및 가용성 칼슘 및 철염으로 전환시킨다는 것을 나타낸다. 가용성 철염이 높은 생물학적이용가능성을 갖기 때문에, 이러한 캡슐의 기대된 생물학적이용가능성 역시 높다. 그러므로 이러한 캡슐은 그것들이 식품 매트릭스에서 시간에 대해 장기간 안정적이고, 그것들이 위장관에 진입했을 때 금속을 방출할 수 있기 때문에 식품 강화에 매우 적합하다.
실시예
9.
생물학적이용가능성
-
인비보
테스트
본 생물학적이용가능성 연구는 마이크로캡슐화된 철분의 생물학적이용가능성을 황산제1철의 그것과 비교하는데 목적이 있다. 황산제1철은 그것이 통상적으로 철분의 생물학적이용가능성 연구의 표준으로서 사용되기 때문만이 아니라, 그것이 높은 생물학적이용가능성을 가지기 때문에 양성 대조군으로서 선택된다.
연구는 세가지의 다른 철원을 사용하여 빈혈 쥐의 철분 리플레션 능력을 측정하도록 설계된다.
-음성 대조군: 첨가되는 철분이 없는 철분이 불충분한 기초 사료
-양성 대조군: 가용성 황산제1철로부터 10ppm 철로 강화된 철분이 불충분한 기초 사료
-테스트 그룹: 철분 마이크로캡슐로부터 10ppm 철로 강화된 철분이 불충분한 기초 사료(캡슐화된 황산제1철)
세가지 사료는 첨가되는 철분 없이 실험 설치류에 관한 AIN-93G 사료의 추천에 근거해서 제조되었다(Fe 26ppm을 갖는 것으로 보고됨). 기초 사료는 음성 대조군으로서 사용된다. 양성 대조군 사료는 FeSO4 
7H2O 50mg/kg을 사용하여 Fe 10ppm으로 기초 사료를 보충하는 것에 의해 제조된다. 테스트 사료는 마이크로캡슐화된 철 125g/kg을 사용하여 Fe 10ppm으로 기초 사료를 보충하는 것에 의해 제조된다(황산제1철의 형태로 마이크로캡슐에서의 Fe 7.93% w/w). 사료 및 탈이온수는 연구 동안 임의로 투여된다.
4가지 다른 배에서 나온 새끼들에서 40마리의 스프레그 다울리 쥐(20마리 수컷, 20마리 암컷)가 사용되었다. 쥐는 21일 되는 나이에 수유되었고(0일, 연구의 시작), 스테인레스 스틸 케이지에 무작위로 나누어졌다. 동일한 성별의 두 동물이 각 케이지에 할당되었다. 동물은 제어된 환경에서 거주되었다(20-22℃, 30-50% RH, 빛 주기: 08:00시-20:00시).
빈혈은 일차로 연구의 22일(암컷) 또는 23일(수컷) 동안 철분이 없이는 기초 사료로 사육되는 3개 그룹의 동물에서 유도된다. 빈혈 유도 기간 후에, 세개 그룹의 사료는 다음과 같이 변화된다:
-양성 대조군: 3마리 수컷 및 3마리 암컷 케이지(6+6 동물). 이 그룹은 아무런 철분 보충이 없는 기초 사료를 먹도록 유지된다.
-음성 대조군: 3마리 수컷 및 3마리 암컷 케이지(6+6 동물). 이 그룹은 황산제1철의 형태로 Fe 10ppm으로 강화된 기초 사료를 먹인다.
-테스트 그룹: 4마리 수컷 및 4마리 암컷 케이지(8+8 동물). 이 그룹은 마이크로캡슐화된 철분의 형태로 Fe 10ppm으로 강화된 기초 사료를 먹인다(캡슐화된 황산제1철).
동물은 2주(14일) 동안 빈혈로부터 회복되도록 허용된다. 이 기간 이후에 그것들은 흡입형 이소플루레인으로 마취되고(유도 투여량: 3%, 유지 투여량: 1.5-2%), 심장내 천자를 통한 혈액의 채취에 의해 안락사시킨다. 동물은 절차 전반에 걸쳐 주기적으로 무게가 측정된다. 소비된 음식물의 양 또한 측정된다.
회복 기간 동안 체중의 평가가 표 8 및 9에서 도시된다(도 9 역시 참조).
결과는 다른 두개의 그룹 훨씬 아래에 기초 사료를 갖는 그룹을 남겨두면서,강화된 그룹에서 훨씬 더 크고 유사한 체중 증가를 갖는, 세개의 다른 그룹 사이에 명백한 차이를 나타낸다. 통계적으로 두개의 강화된 그룹 사이에 빈혈회복기간 동안 어떠한 중요한 차이도 존재하지 않았다. 다른 한편으로 두개의 강화된 그룹 중 어느 하나의 체중(양성 대조군 및 테스트 그룹)은 음성 대조군의 체중보다 분명하게 더 높았다.
만일 사료 효율이 연구된다면, 동일한 이미지가 나타난다. 사료 효율은 다음과 같이 정의되고:
음식물이 신체조직으로 얼마나 잘 전환되는지에 관련된다. 빈혈 회복 기간 동안 세개의 그룹에 관한 계산된 사료 효율은 표 10에서 도시된다. 괄호() 사이의 값은 표준 편차를 지시한다.
암컷 또는 수컷 그룹 사이에, 차이점은 보충된 그룹 사이에서가 아니라, 단지 음성 대조군과 어느 하나의 보충된 그룹 중 어느 하나 사이에서만 중요하다. 그러므로 그것은 황산제1철 및 철분 마이크로캡슐 사이의 차이점은 통계적으로 중요하지 않으나, 음성 대조군 및 철분 마이크로캡슐 사이에서 통계적으로 중요하다고 결론지어질 수 있다. 그러므로 마이크로캡슐화된 철의 생물학적이용가능성은 황산제1철의 그것과 유사해야만 하나, 가용성 철염의 많은 결함 없이 그러하다.
실시예
10. 강화된
요거트
식품 캐리어로서 요거트에 대한 본 발명의 캡슐형태로의 철원 제품의 병합이 테스트된다. 요거트에서 그것들을 병합시키는 것에 의해 캡슐을 테스트하는 것은 다음의 이유로인해 선택된다:
-요거트에서의 pH는 산성이고, 그것은 선행 기술에서 이미 개시된 캡슐의 형태에서의 철원 제품을 파괴할 만큼 어그레시브하다. 그것은 캡슐의 내용물을 방출시키고 요거트를 변질시킬 것이다.
-요거트는 고수분함량을 가지고, 또한 이미 알려진 다른 철원 제품에 대한 어그레시브한 매질을 가진다. 산도를 함께 갖는 수분함량은 강화를 더 어렵게 하면서, 철분의 용해화를 용이하게 한다.
-철분은 식품의 역겨운 맛을 증가시키는, 지방의 산화를 가속화한다. 요거트에서 3%에 근접한 그 함량이 지방일 수 있고, 그것은 그것이 강화제의 철분 성분과 직접적으로 접촉할 경우 산화될 수 있는 많은 기질을 의미한다.
강화된 요거트는 실시예 1에서와 같이 제조된 캡슐을 사용하여 제조된다(캡슐 0; 실시예 3의 배치 1). 요거트의 제 2 배치는 철분 캡슐의 첨가 없이 제조되고 대조군으로서 사용된다. 요거트의 제조는 다음의 방법에 따라 수행된다:
1. 지방 2.5-3%로 마무리하면서, 그 완전한 용해까지 교반 하에서 분말 우유를 첨가하는 것에 의한, 우유 25L의 조건화 및 표준화.
2. 지속적인 교반 하에서 철분 캡슐 50g의 첨가 및 분산(대조군 요거트에서는 예외)
3. 95℃에서 90초 동안 저온살균
4. 180kg/cm2에서 균질화
5. 45℃에서 효모의 병합
6. 요거트의 pH.4.7-4.8에 이를 때까지 4시간 동안 44℃에서 발효.
7. 1.5 개월까지 동안 4.5℃에서 요거트의 보존.
강화된 요거트의 제조의 목적 중 하나는 산성 맛의 결여를 평가하는 데 있고, 대조군 요거트와 강화 제품을 시각적으로 비교하는 데 있다. 요거트는 5명의 비숙련된 남자로 구성된 패널에 의해 테스트되었고, 요거트에 대한 분석은 그들이 철분 42.5±4.1ppm을 섭취했음을 나타냈음에도, 그 가운데 누구도 강화 요거트에서 심지어 가벼운 금속성 맛조차 검출하지 못했다. 강화 요거트와 대조군 요거트의 시각적 비교 역시 수행되었고, 단지 강화 요거트의 좀 더 어두운 색상이 관찰될 뿐이었다. 가벼운 색상변화는 매우 어두운 철염의 사용에 기인한 것일 수 있고, 요거트가 나란히 놓일 때만 인식할 수 있었다.
실시예
11.
요거트에서의
캡슐 안정성
본 발명의 캡슐의 형태에서의 철원제품으로 제조된 요거트, 및 (철분 캡슐의 첨가 없는) 대조군 요거트가 일반적인 것보다 더 엄격한 저장 조건을 구성하기 위해, 지질 산화에 대해 테스트된다. 요거트는 한달의 그 확정된 저장 수명보다 6개월 더 이후인, 저장 수명의 150%에서 분석된다. 이러한 지연된 저장 이후에, 산패 수준이 가스 크로마토그래피를 사용하여 측정된다. 헥사날은 그것이 지질의 산화 산물 중 하나이기 때문에 산패에 관해 통상적으로 사용되는 마커이다. 헥사날의 미량을 감지하는 인간의 능력은 상당히 높아서, 만일 헥사날의 수준이 10ppm이상이라면 산패를 감지할 수 있다(백만분율, mg/kg carrier). 전혀 감지할 수 없는 산패를 갖거나 또는 인간의 감지 임계값 훨씬 이하의 헥사날 수준을 갖는 목표에 이르기 위해서, GC/MS(가스 크로마토그래피/질량 분석)가 요거트를 분석하기 위해 사용된다. 이러한 방법은 인간의 감지 임계값 이하 크기의 거의 3단계인, 50ppb까지 헥사날 미량을 정량할 수 있다(십억분율, ng/kg).
요거트의 제조는 실시예 10으로서 수행된다. 그때, 헥사날 미량의 조사에서, GC/MS에 의한 요거트의 분석이 수행된다.
분석된 샘플 둘 모두는 10ppm에 근접한, 산패의 임계값 훨씬 아래인, 50ppb 이하의 헥사날 수준을 가진다(백만분율, ng/g). 그러므로 캡슐은 가용성 철원으로부터 요거트의 지방을 분리하고 그 산화를 회피하기 위한 양호한 방법이다.
실시예
12. 강화된 미트 제조 및 안정성
식품 캐리어에 관한 마이크로캡슐의 가능한 병합이 터키 미트 소시지, 및 프랑크푸르트 소시지와 같은, 연육을 사용하여 테스트된다. 만일 철분이 마이크로캡슐로부터 방출된다면 이러한 샘플에서 철분의 존재는 그 지방의 산화를 유도할 수 있다.
철분 강화된 프랑크푸르트 소시지의 제조에 있어서, 성분에 관한 다음의 목록 및 상대적 양이 사용된다: 포크 로인(40%); 베이컨(20%); 첨가제 혼합물, 스파이스 및 플레이버(paymfurt ST-1800, Carinsa Group; 3.4%); 식물성 단백질(paymprotein ST-91, Carinsa Group; 3%); 염(1.5%); 물/얼음(27.3%); 스모크 아로마(0.2%); 및 감자 녹말(5%).
철분 마이크로캡슐(1g/final kg)은 paymfurt ST-1800과 함께 첨가된다.
프랑크푸르트 소시지를 제조하기 위한 방법은 다음과 같다:
1. 고기를 미세한 페이스트로 감소시키기 위해 모든 성분을 초핑한다. 고기가 가열되는 것을 방지하기 위해 얼음을 사용한다.
2. 용기(플라스틱 백)에 에멀전을 채워넣는다.
3. 45분 동안 75℃에서의 보일러에서 조리한다.
4. 진공 하에서 패킹하고 4℃에서 저장한다.
철분 강화된 터키 소시지의 제조에 있어서, 성분에 관한 다음의 목록 및 상대적 양이 사용된다: 터키 브레스트(69%); 물(24%); 첨가제의 혼합물, 및 플레이버(Carinsa formula CMA-1251#1; 6%); 옥수수 녹말(1%). 철분 마이크로캡슐(1g/final kg)이 Carinsa formula CMA-1251#1과 함께 첨가된다.
다음의 프로토콜이 소시지를 제조하기 위해 사용된다:
1. 옥수수 녹말 및 Carinsa formula CMA-125#1과 물을 혼합하는 것에 의해 브라인을 제조한다.
2. 고기를 초핑한다.
3. 브라인과 초핑된 고기를 진공 하에서 혼합하고 24시간 동안 그것을 불린다.
4. 미세한 페이스트가 획득될 때까지 고기의 일부를 초핑하는 것에 의해 미세한 페이스트를 제조한다.
5. 용기(플라스틱 백)에 고기를 집어넣는다.
6. 내부 온도가 72℃에 도달할 때까지 75℃에서의 보일러에서 조리한다.
7. 진공 하에서 패킹하고 4℃에서 저장한다.
마이크로 오븐에서 농축된 HNO3에서 샘플을 다이제스트한 이후에, 샘플에서의 철분의 양은 ICP-OES(반응을 유발하도록 결합된 플라즈마-광방사분광기)를 사용하여 정량된다. ppm(백만분율, mg/kg)으로 표현된 정량의 결과는 표 11에서 도시된다. 괄호() 사이의 값은 퍼센트로 표준편차를 지시한다.
지방의 산화를 회피하는 마이크로캡슐의 능력이 샘플에 존재하는 헥사날의 양을 정량화하는 것에 의해 테스트된다. 헥사날은 그것이 지방의 산화의 중요 산물 중 하나이기 때문에 지방의 산화에 관해 일반적으로 사용되는 마커이다. 농도는 소시지의 저장 수명의 시작 및 끝에서 측정되고(0일 및 60일), 철분으로 강화된 샘플(Fe >100ppm) 및 첨가된 철분이 없는 샘플(Fe~10ppm) 사이에 비교된다. 샘플은 그 저장 수명 동안 냉장상태로 유지되고, 분석될 때까지 -80℃에서 냉동된다. 헥사날은 HS-GC-MS(HeadSpace-Gas Chromatography-Mass Spectrometry)에 의해 정량화된다. 헥사날(mg/kg)의 ppm으로 표현된, 결과가 표 12에서 도시된다. 괄호() 사이의 값은 퍼센트로 표준 편차를 지시한다.
0일에서 이들 결과의 비교는 헥사날의 양이 철분을 갖는 샘플에서 명백하게 더 높게 보일 수 있음에도, 통계적으로 헥사날의 양은 다르게 간주되지 않는다는 것을 나타낸다. 그러므로 마이크로캡슐은 소시지의 제조에서, 즉 그것을 조리하는 대개의 어그레시브한 단계 동안 철분의 존재에 의한 지방의 산화를 예방하는 데에 효과적이다. 동일한 내용이 2개월 동안 샘플을 보관한 이후, 저장 수명의 끝에서의 결과에 대해서도 참이다. 철분으로 강화된 샘플, 어떠한 첨가된 철분도 없는 샘플 사이의 결과에서 차이점은 통계적으로 중요하지 않다. 또한, 만일 동일한 샘플이 저장 수명의 시작과 끝에서 비교된다면, 그 차이 역시 중요하지 않다. 그러므로, 철분 마이크로캡슐의 형태에서의 철분의 존재는 테스트된 고기에서 지방의 산화비율을 중요하게 변화시키지 않는다고 결론지을 수 있다.
실시예
13. 균질화에 대한 마이크로캡슐의 저항
다양한 식품의 제조에서, 특히 유제품에서, 중요한 단계 중 하나는 균질화 단계이고, 리퀴드 또는 서스펜션은 높은 전단 응력을 조건으로 한다. 결과적으로, 지방구와 같은, 서스펜션에서의 입자는 서스펜션을 더욱 더 균질화함으로써 파괴된다. 이러한 전단 응력 또한 그 내용물(철분)을 방출하고, 그럼으로써 그 보호를 쓸모없게 해서 마이크로캡슐을 파괴할 수 있다.
상청액으로 내용물이 방출된 마이크로캡슐을 균질화하는 정도를 테스트하기 위해서, 마이크로캡슐화된 Fe 10.38ppm을 갖는 서스펜션 7.9L가 탈이온수 7.9L 및 마이크로캡슐 1.025g을 사용하여 제조된다. 샘플은 충분히 교반되고 20MPa 및 100MPa 사이의 압력에 설정된, 단일 단계 균질기로 지속적으로 공급된다. 소망된 값으로 압력이 설정된 후에, 그리고 시스템을 안정화시킨 후에 샘플 100mL이 수집된다. 선택된 압력은 20MPa, 35MPa, 50MPa 및 100MPa이다. 균질화된 이후 각 샘플은 근접한 용기에서 비교반 상태로 8일간 놓여졌다. 분석 바로 직전에, 샘플은 마이크로필터레이트되었다(0.45㎛ filter). 농축된 HNO3가 서스펜션에서의 철분을 안정화시키기 위해 5%(v/v)의 최종 농도로 각기 마이크로필터레이트된 샘플에 첨가된다. 산성화된 상청액에서의 철분이 ICP-OES를 사용하여 정량화된다.
다양한 균질화 압력 하에서 상청액에서의 철분의 양 및 마이크로캡슐로부터 방출된 철분의 상응하는 양이 이하의 표 13에서 도시된다. 0 MPa에서 균질화된 것으로 표시된 샘플은 균질화되지 않았고, 20(공백)으로 표시된 것은 20 MPa에서 균질화되었으나 단지 탈이온수만이 포함되었다.
앞서 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 균질화에 대한 마이크로캡슐의 안정성은 탁월하다. 심지어 최고 압력을 사용함에도, 총 철분의 매우 작은 분율이 마이크로캡슐에서 방출된다.
실시예
14. 강화된
우유
제조 및 안정성
식품 캐리어로서 우유에 대한 본 발명의 캡슐 형태로의 철원 제품의 병합이 테스트된다. 우유에서 그것들을 병합하는 것에 의해 캡슐을 테스트하는 것은 다음의 이유 때문에 선택된다:
-우유는 이미 알려진 다른 철원 제품의 방출이 용이한, 액상 식품이다. 이것은 철분의 존재가 역겨운 맛을 남기면서 우유에 존재하는 지방을 산화시키기 때문에 탈지 우유와는 반대로, 전유의 강화를 더욱 어렵게 만든다.
-액상으로, 우유는 그것이 용기의 바닥으로 침전시키는 경향이 있을 것이기 때문에, 고형 식품과 용이하게 강화될 수 없다.
지역 농부로부터 획득된 전유는 냉장상태로 보관된다(그것이 처리될 때까지 4℃). 젖은 마이크로캡슐 35g(75% 습도)이 증류수 600mL에서 분산된다. 우유 50L가첨가된 철분 없이 처리되고, 우유 50L가 마이크로캡슐 서스펜션 600mL와 혼합된다. E-339의 우유 1g/L의 두 유형 모두에 첨가된다. 일차로 첨가된 철분이 없는 우유 50L와, 그리고 이후에 첨가된 철분 마이크로캡슐을 갖는 우유 50L와: (a) 우유는 점차로 가열되고 그것이 75℃에 이르렀을 때 이단계 균질기(제 1 단계에서 18MPa, 제 2 단계에서 4MPa)를 사용하여 균질화된다; (b) 우유가 90℃에 이르렀을 때 그것은 1분간 그 온도에서 유지되었다; (c)우유는 135℃에서 15초간 초고온처리되고(UHT); 그리고 (d) 우유는 실온으로 냉각되고 비멸균 0.5L 유리병에 담겨졌다.
유리병에 담겨진 이후, 두 가지 우유 모두 테스트되었고 어떠한 금속성 맛도 검출할 수 없었다. 우유의 유효기간이전의 부패를 방지하기 위해, 15분간 121℃에서 오토클레이브되었다. 냉각된 후에, 우유는 4℃에서 저장되었다. 저장 수명의 끝에서(1개월) 우유에 존재하는 헥사날이 정량화되었다.
저장 수명의 시작 및 끝에서 우유의 물리적 외관이 시각적으로 확인되었다. 어떠한 침전의 미량도 관찰되지 못했고, 철분 강화된 우유에서 살짝 좀 더 어두운 색상이 구별될 수 있었다. 우유의 맛과 향이 제조된 후에 확인되었다. 두 가지 우유 모두에서 어떠한 역겨운 또는 금속성 향 또는 맛을 감지할 수 없었다. 사실상 맛 또는 향에서 아무런 차이도 철분 강화된 우유 및 비강화된 우유된 사이에 발견되지 않았다. 역겨운 향 또는 맛의 결핍은 저장 수명의 끝에서 두 종류의 우유 모두에서 헥사날의 정량화된 농도와 완전히 일치한다: 헥사날은 샘플에서 검출될 수 있고, 그래서 만일 존재한다면 그것은 10㎍/L 이하의 농도를 가진다.
실시예
15. 칼슘 아세테이트를 사용한 마이크로캡슐의 제조
만일 사용된 염이 칼슘 클로라이드라면, 마이크로캡슐을 제조하기 위해 사용된 고농도의 칼슘이 부식 문제를 야기할 수 있다. 그 이유는 클로라이드 음이온이 산업 용기, 파이프 및 교반기에서 일반적으로 사용되는 소재인, 스틸에 대해 매우 어그레시브하기 때문이다. 이러한 문제점을 피하기 위해서, 그리고 클로라이드 음이온이 마이크로캡슐의 제조 동안 어떠한 역할도 수행하지 않는다는 사실을 이용해서, 마이크로캡슐의 배치는 또 다른 칼슘염, 특히 칼슘 아세테이트를 사용하여 제조되었다.
물에서 매우 잘 녹는, 칼슘 클로라이드와는 반대로, 칼슘 아세테이트는 덜 가용성이고, 그래서 칼슘에서 5M의 최초 농도는 획득될 수 없었다. 대신에 보다 낮은 농도가 사용되었다(1.8M).
마이크로캡슐을 제조하기 위해 사용된 프로토콜은 칼슘 클로라이드를 갖는 캡슐을 제조하기 위해 사용된 것과 매우 다르다:
물 100mL에의 알긴산 나트륨 1.5g의 용액에서, 황산제1철 16g(35% Fe)이 용해된다. 추출 깔때기를 사용하여, 알긴산 나트륨/황산제1철 혼합물이 1.8M Ca(AcO)2 용액 70mL에 드롭 크기로 첨가된다. 드롭 크기로 첨가되는 동안, 형성된 캡슐 서스펜션이 실험실 균질기(Diax900, Heidolph Instruments GmbH)를 사용하여 교반된다. 획득된 고형 캡슐이 진공 하에서 여과작용에 의해 분리된다. 캡슐이 가용성 염을 제거하기 위해 증류수에서 3회 서스펜드되고 진공 하에서 다시 여과된다. 젖은 캡슐 35.6g이 획득된다.
Fe 및 Ca 내용물이 실시예 3의 방법에 따라 측정된다. 캡슐 안정성이 실시예 6의 방법에 따라서 0 일에서 Fe 및 Ca 방출을 측정하는 것에 의해 판단된다. 습도의 % 및 고형 잔류물의 %는 다음의 방법에 의해 측정된다:
1. 유리 비커를 중량한다(weightempty).
2. 비커에서 마이크로캡슐의 1g을 중량한다. 다시 비커를 중량한다(weightwet)
3. 두 시간 동안 110-120℃에 오븐에 비커를 놓아둔다.
4. 30분 동안 실온으로 건조 캡슐을 갖는 비커를 냉각시킨다.
5. 마이크로캡슐을 갖는 비커를 다시 중량한다(weightdry).
6. 중량이 일정할 때까지 건조/냉각/중량을 반복한다.
7. 다음과 같은 습도함량을 계산한다:
획득된 결과는 다음과 같다:
-Fe 함량: Fe(w/w) 젖은 마이크로캡슐 15.0%, Fe(w/w) 건조 마이크로캡슐 45.4%
-Ca 함량: Ca(w/w) 젖은 마이크로캡슐 0.6%, Ca(w/w) 건조 마이크로캡슐 1.9%
-습도: 66.9% 습도(건조 잔류물 33.1%)
-Fe 및 Ca 방출: 방출된 Fe의 0.2% 및 방출된 Ca의 8.2%
실시예
16. 내열성
식품에 대한 마이크로캡슐의 적합성 또한 조리에서 사용된 고온 또는 식품을 멸균화하는 것이 마이크로캡슐 내의 페이로드(철분)를 유지하는 능력에 영향을 미치는지에 관해 확인하는 것에 의해 테스트된다.
마이크로캡슐 1g이 두개의 중량된 유리 비커에서 중량된다. 125℃로 설정된 오븐에서, 샘플 중 하나가 30분 동안 유지되는 반면에, 다른 하나는 180분 동안 오븐에서 유지된다. 캡슐이 실온으로 냉각된 후에, 각 비커는 다시 중량된다. 건조 캡슐 40mg이 탈이온수 100mL에서 서스펜드되고, 서스펜션이 손으로 교반된다. 각 서스펜션 1mL가 탈이온수 9mL를 갖는 10mL로 희석된다. 샘플이 탈이온수 9mL를 갖는 10mL로 필터레이트된다. 서스펜션에서 고형을 제거하기 위해 샘플이 필터레이트된다. 그때, 농축된 질산 50㎕가 서스펜션에서 철분을 안정화시키기 위해 각 샘플에 첨가되고, 샘플이 방출된 철분 및 칼슘을 정량화하기 위해 ICE-OES로 제공된다.
여과작용 직전에 마이크로캡슐의 서스펜션은 Fe 11ppm의 총 농도를 가졌다. 여과작용 후 상청액은 다음의 결과를 수득하기 위해 ICP-OES에 의해 정량화된, 마이크로캡슐로부터 방출된 철분만을 포함했다.
30분, 125℃: Fe 0.04ppm
180분, 125℃: Fe 0.03ppm
두 가지 경우 모두에서, 마이크로캡슐에 존재하는 철분의 1% 이하가 마이크로캡슐을 가열하는 효과에 의해 그것들로부터 방출되었다. 그러므로 마이크로캡슐은 식품에서 일반적으로 발견되는 처리(125℃에서 3시간)보다 훨씬 더 어그레시브한 처리 이후에도 안정화된 것으로 간주될 수 있다.
Claims (12)
- 고형 캡슐의 형태로 철원제품을 포함하는 철분 강화된 식품으로서,
상기 캡슐은 알긴산철을 포함하는 코어 및 알긴산 칼슘을 포함하는 외층을 포함하는 것을 특징으로 하는 철분 강화 식품. - 제 1항에 있어서,
상기 코어는 적어도 하나의 생물학적으로이용가능한 철염을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철분 강화 식품. - 제 2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 생물학적으로이용가능한 철염은 황산제1철인 것을 특징으로 하는 철분 강화 식품. - 제 1항에 있어서,
상기 코어는 알긴산 나트륨을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철분 강화 식품. - 제 1항 내지 4항 중 어느 하나에 있어서,
상기 코어는 킬레이트 시약을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철분 강화 식품. - 제 5항에 있어서,
상기 킬레이트 시약은 자당인 것을 특징으로 하는 철분 강화 식품. - 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
요거트인 것을 특징으로 하는 철분 강화 식품. - 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
우유인 것을 특징으로 하는 철분 강화 식품. - 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
음료인 것을 특징으로 하는 철분 강화 식품. - 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
미트 에멀전인 것을 특징으로 하는 철분 강화 식품. - 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
소시지인 것을 특징으로 하는 철분 강화 식품. - 인간에서 철분 결핍의 발생을 예방하기 위한 또는 철분 결핍을 감소시키기 위한 제 1항 내지 11항 중 어느 한 항을 따른 철분 강화 식품의 용도.
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