NL1028383C2

NL1028383C2 - Microcapsules.

Info

Publication number: NL1028383C2
Application number: NL1028383A
Authority: NL
Inventors: Albert Thijs Poortinga
Original assignee: Friesland Brands Bv
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2006-08-24
Also published as: WO2006091081A1; EP1853378A1

Description

Titel: Microcapsules

De uitvinding heeft betrekking op capsules, in het bijzonder op microcapsules welke geschikt zijn om in voedingsmiddelen te worden toegepast, alsmede op werkwijzen voor de bereiding van dergelijke capsules. De uitvinding heeft tevens betrekking op voedingsmiddelen, in het bijzonder 5 zuivel, zoals kaas, waarin dergelijke capsules zijn verwerkt.

Toepassing van (micro-)capsules voor bijvoorbeeld farmaceutische doeleinden is op zich bekend. Ook worden microcapsules toegepast in de voedingsmiddelenindustrie, bijvoorbeeld voor het toedienen van geur- of smaakstoffen.

10 In het algemeen vindt encapsulatie plaats door het te encapsuleren materiaal (in vloeibaar of vaste vorm) te emulgeren, dan wel te dispergeren in een waterige oplossing van het kapselmateriaal. Door de oplosbaarheid voor het kapselmateriaal te manipuleren, bijvoorbeeld door toevoegen van bepaalde ionen, zoals calcium (WO-A-03/018186), of door toevoegen van 15 materialen die coacerveren met het al opgeloste kapselmateriaal (EP-A-0 856 355) slaat het kapselmateriaal neer op de kern. Een andere methode is het aan de kern toevoegen van een vernettingsmiddel (crosslinker) die opgelost kapsel materiaal op de kern vernet en daarmee doet neerslaan. Een andere mogelijkheid om een kapsel te laten vormen is 20 het doen verdampen van het oplosmiddel voor het kapselmateriaal (US-A-5 601 760). Om meer controle over de kapselgrootte te verkrijgen kan ook een olie-in-water-in-olie-emulsie (o/w/o-emulsie) worden gemaakt, waarbij de primaire emulsie de te encapsuleren stof en de waterfase het kapselmateriaal bevat. Na vernetting van het kapselmateriaal kan het 25 kapsel van de olie worden afgescheiden (WO-A-04/022 220). Genoemde methoden kunnen alleen worden gebruikt om materialen te encapsuleren die slecht of onoplosbaar zijn in water of waterige oplossingen.

2

Met behulp van een variant op bovenstaande methode kunnen ook waterige oplossingen worden geëncapsuleerd. De waterige oplossing wordt geëmulgeerd in een apolaire stof (de ‘olie’-fase). In een aantal gevallen bevat de oliefase het opgelost kapselmateriaal. Een kapsel kan nu worden 5 gevormd door de oliefase te verdampen (CA-A-2 126 685), of bijvoorbeeld door het langzaam oplossen van water in de oliefase, waardoor het in olie oplosbare kapselmateriaal neerslaat (US-A-2002/0 160 109). Een andere mogelijkheid is het doen reageren/complexeren van een in water oplosbare en een in olie oplosbare component in het water-olie grensvlak, zoals 10 bijvoorbeeld in CA-A-1 148 800.

Verder zijn kapsels op basis van eiwitten bekend uit bijvoorbeeld US-A-4 147 767, US-A-4 349 530 en GB-A-2 224 258. In al deze publicaties wordt een eiwitoplossing (met daaraan toegevoegd de te encapsuleren stof) geëmulgeerd in olie (met al of niet daarin opgelost een emulgator), de 15 eiwitten worden vernet en de aldus ontstane deeltjes worden gescheiden van de olie, bijvoorbeeld door centrifugeren, filtreren, wassen of een combinatie van deze bewerkingen. Om vernetting van de eiwitten te bewerkstelligen, wordt verhit (US-A-4 147 767) of een vernettingsmiddel, zoals glutaraldehyde (US-A-4 349 530) of een carbodiimide (GB-A-2 224 258), 20 toegevoegd. Deze verschillende wijzen van kapselvorming hebben voor gebruik in levensmiddelen enkele nadelen. Zo leidt verhitting doorgaans tot eiwitdenaturatie, dat doorgaans ongewenste smaakafwijkingen geeft. Glutaraldehyde mag niet bij de bereiding van levensmiddelen worden gebruikt.

25 De onderhavige uitvinding beoogt (micro-)capsules te verschaffen die niet de nadelen van de capsules uit de stand van de techniek vertonen. De onderhavige uitvinding beoogt verder een product te verschaffen, dat zonder problemen kan worden toegevoegd aan voedingsmiddelen, bijvoorbeeld om de structuur, de viscositeit en/of de textuur van het 30 voedingsmiddel gericht te beïnvloeden.

3

Gevonden is, dat dit kan worden gerealiseerd, door capsules te maken van caseïne, dat althans gedeeltelijk een netwerk vormt.. Derhalve betreft de onderhavige uitvinding ten minste één microcapsule, omvattende een kapsel, welk kapsel gegeleerd caseïne omvat. Met “gegeleerd caseïne” 5 wordt bedoeld, dat het caseïne in staat wordt gesteld om fysische bindingen en/of chemische bindingen te vormen en zo een netwerk te vormen. Bij voorkeur wordt colloïdaal caseïne (calciumcaseïnaat) gebruikt, omdat dit goed geleerd door middel van stremmen. In de literatuur wordt nog geen melding gemaakt van kapsels dat uitgegeleerd colloïdaal caseïne omvat.

10 Het vormen van het case'inenetwerk in de capsules volgens de uitvinding wordt bij voorkeur enzymatisch uitgevoerd, in het bijzonder door middel van stremmen (dat wil zeggen het geleren van caseïne door het enzym chymosine). Het netwerk kan echter ook gevormd worden door verzuren van de caseïneoplossing 15 Een geschikte werkwijze voor het vormen van de capsules volgens de uitvinding omvat de volgende stappen: - het vormen van een oplossing van caseïne in een geschikt oplosmiddel, in de meeste gevallen water. Een geschikte concentratie voor de caseïne is tussen 0,5 en 15 gew.%. Deze oplossing wordt op een lage 20 temperatuur gehouden, bij voorkeur lager dan 15 °C, met meer voorkeur 10 °C of minder. Aan het water kan te encapsuleren materiaal worden toegevoegd,· - aan deze oplossing wordt dan, bij lage temperatuur, het geleringsmiddel, bij voorkeur stremsel, toegevoegd; 25 - de aldus verkregen oplossing wordt geëmulgeerd in een apolaire fase, in de meeste gevallen in een olie, bijvoorbeeld zonnebloemolie of olijfolie. Bij voorkeur worden eetbare oliën gebruikt, maar niet eetbare oliën kunnen eventueel ook worden toegepast. In principe is echter iedere vloeistof waarin water kan worden geëmulgeerd bruikbaar. Bij voorkeur 30 wordt voor het vormen van de emulsie een emulgator toegepast, zoals 4

Span™85 of Span™80. Het HLB-getal (“Hydrophile-Lipophile Balance”, zoals gedefinieerd door W.C. Griffin in J. Soc. Cosmet. Chem., Vol. 1(1949) 311) van de gebruikte emulgator dient bij voorkeur kleiner te zijn dan 7.

- De emulsie wordt onderworpen aan condities waarbij de netwerk 5 vormende reactie plaatsvindt, in de meeste gevallen door verhitting, bijvoorbeeld tot een temperatuur van meer dan 25 °C, met meer voorkeur tot een temperatuur van 26-35 °C, bijvoorbeeld ca. 30 °C; - Vervolgens kunnen de aldus in de oliefase gevormde, met water (met daarin eventueel een te encapsuleren stof) gevulde caseïnecapsules 10 worden overgebracht naar een waterige oplossing. Dit kan worden gedaan door de olie met daarin de caseinecapsules op een waterige oplossing te leggen. Na enige tijd zakken de capsules onder invloed van de zwaartekracht van de oliefase naar de waterfase. Dit proces kan worden versneld door centrifugeren. Het proces kan ook worden versneld door 15 condities te kiezen waaronder de werking van de aan de oliefase toe gevoegde emulgator vermindert of teniet gedaan wordt. Voorbeelden hiervan zijn het kiezen van de juiste temperatuur (doorgaans een zo laag mogelijke temperatuur) of het toevoegen van een emulgator met een hoog HLB-getal (hoger dan 7), zoals bijvoorbeeld Tween™20, aan de waterfase 20 waarop de oliefase ligt.

Voor sommige toepassingen is het niet nodig om de capsules af te scheiden van de olie. De olie met daarin de caseïnecapsules kan bijvoorbeeld direct worden toegevoegd aan olie-continue systemen, zoals bijvoorbeeld boter. Een andere optie is het opnieuw (mild) emulgeren van de olie met 25 daarin de caseïnecapsules in een waterige fase. Op deze wijze ontstaat een emulsie van oliedruppels in water, waarbij de oliedruppels gevuld zijn met het in de caseïnecapsules opgesloten water.

Gebruik van caseïne is zeer voordelig bij toepassing van de capsules in kaas, omdat in dit geval gebruik gemaakt wordt van een puur 30 kaas-eigen materiaal.

5

Naast de encapsulatietoepassing kunnen de capsules worden toe gevoegd aan levensmiddelen om deze structuur/viscositeit te geven.

De capsules volgens de uitvinding bevatten ca. 95 gew.% of meer water, bij voorkeur ca. 97 gew.% water en ca. 3 gew.% caseïne.

5 De microcapsules volgens de uitvinding hebben bij voorkeur een gemiddelde diameter van tussen 0,1 en 1000 pm, met meer voorkeur tussen 1 en 500 pm, typisch tussen 10 en 100 pm.

Toepassing van de caseïnecapsules volgens de uitvinding in bijvoorbeeld voedingsmiddelen, in het bijzonder in zuivel, zoals kaas, kan 10 een aantal voordelen opleveren, zoals bijvoorbeeld een aanzienlijke besparing van grondstoffen.

Kaas bevat bijvoorbeeld normaliter 40 gew.% water en 30 gew.% caseïne. Door toepassingen van de capsules volgens de uitvinding in kaas wordt op de plaat waar de capsule volgens de uitvinding terechtkomt de 15 verhouding water/caseïne 33 in plaats van 1.3. Op deze wijze is het mogelijk om het eiwitgehalte van de kaas te verlagen, bij een verhoging van het vochtgehalte. Verder is het mogelijk om een deel van de normaliter in kaas toegepaste hoeveelheid caseïne te vervangen door water, omdat de capsules, door hun structuur, een groter waterbindend vermogen hebben dan caseïne 20 in conventionele vorm. Hierdoor kan het vochtgehalte van de kaas omhoog.

Een belangrijk voordeel van de capsules volgens de uitvinding als additief aan kaas boven conventionele additieven, zoals bijvoorbeeld op wei-eiwit of op zetmeel gebaseerde additieven, is dat caseïne een “kaaseigen” materiaal is. Bij toevoeging van de capsules aan kaas worden er dus geen 25 ingrediënten aan kaas toegevoegd die niet normaal al aanwezig zijn in kaas. Dit geldt uiteraard ook voor de toevoeging aan andere voedingsmiddelen, in het bijzonder aan zuivel. Dit betekent dat toevoegen van de capsules niet hoeft te leiden tot smaakafwijkingen.

Een verder voordeel van de capsules volgens de uitvinding is dat het 30 caseïne door middel van stremming kan worden vernet oftewel gegeleerd.

6

Stremmen is een natuurlijke en veilige (foodgrade) manier van bewerken, in tegenstelling tot het toevoegen van glutaraldehyde-gebaseerde vernettingsmiddelen, of andere vernettingsmiddelen, zoals wel in de stand van de techniek wordt voorgesteld, en in tegenstelling tot het doen 5 vernetten van eiwitten door verhitting, hetgeen kan leiden tot eiwitdenaturatie, dat ongewenste smaakveranderingen tot gevolg kan hebben.

Een ander voordeel van de capsules volgens de uitvinding is, dat zij bij lage pH, in het bijzonder bij een zeer lage pH zoals deze in de maag 10 heerst, uit elkaar kunnen vallen. Van dit gegeven kan gebruik worden gemaakt, door bijvoorbeeld componenten met een slechte smaak te encapsuleren, terwijl deze componenten vervolgens toch goed verteerd kunnen worden. Veel van de capsules uit de genoemde stand van de techniek hebben deze eigenschap niet.

15 Een interessante ontdekking werd gedaan toen werd geprobeerd om de capsules te maken zonder gebruik te maken van een emulgator in de oliefase. Gevonden is, dat in dat geval aggregaten van caseïnecapsules in de olie ontstaan. Wanneer de olie vervolgens wordt geëmulgeerd in water dan gaan deze aggregaten over naar de waterfase met medeneming van de 20 tussen de geaggregeerde capsules opgesloten olie. Aldus ontstaat een olie-in-water emulsie waarin de vetdruppels gevuld zijn met geaggregeerde caseïnecapsules. Deze emulsies kunnen gebruikt worden voor laag· vettoepassingen. Ook is deze emulsie bij uitstek geschikt om wateroplosbare componenten te encapsuleren in de caseïnecapsules in de 25 oliedruppels. In feite is de beschreven emulsie een zogenaamde dubbele emulsie. Dubbele emulsies van water-in-olie*in-water zijn bekend in de literatuur en worden vaker gebruikt om water-oplosbare componenten te encapsuleren in de binnenste waterfase. Tot nog toe bekende dubbele emulsies maken echter altijd gebruik van in olie-oplosbare emulgatoren.

30 Het is bekend dat deze de oplosbaarheid in de olie van geencapsuleerd j A A A 7 Λ f 7 materiaal kunnen verhogen. Hierdoor ontsnapt geencapsuleerd materiaal doorgaans snel uit de binnenste waterfase. De hier beschreven dubbele emulsie zal dit nadeel niet hebben. In principe kan eenzelfde dubbele emulsie worden bereikt met behulp van kapsels die worden gevormd door 5 vernette eiwitten anders dan caseïne. Derhalve betreft de onderhavige uitvinding tevens een olie-in-water emulsie, waarin de oliedruppels gevuld zijn met capsules volgens de uitvinding, van welke emulsie de oliefase bij voorkeur althans in hoofdzaak vrij is van emulgator. Met meer voorkeur is volgens deze uitvoeringsvorm de oliefase geheel vrij van emulgator.

10 De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van voorbeelden.

Tenzij anders aangegeven zijn alle verhoudingen gewichtsverhoudingen.

Voorbeeld 1

Er werd een oplossing van 1-5% caseïne (caseïne verkregen uit melk 15 door microfiltratie en sproeidrogen van het retentaat) in water met een temperatuur van 10 °C bereid. Hieraan werd ongeveer 0.5 ml stremsel/liter water toegevoegd. De verkregen caseïneoplossing werd vervolgens in een gewichtsverhouding 1:5 gedispergeerd in zonnebloemolie, waaraan 0,2% Admul WOL™ emulgator (HLB waarde van rond de 1) was toegevoegd, 20 gebruikmakend van een roerder (Kinematica Polytron PT3000,

Zwitserland). De olie werd vervolgens verhit tot 30 °C en gedurende 20 minuten op deze temperatuur gehouden. Een gedeelte van de aldus verkregen o/w-emulsie werd vervolgens op een 1% waterige oplossing van Tween™ 20 gegoten in een buis en werd daarna gecentrifugeerd gedurende 25 15 minuten bij 5000 g.

Dezelfde behandeling werd uitgevoerd met zuiver water, dat wil zeggen water waaraan geen Tween™ 20 was toegevoegd.

In beide gevallen resulteerde de centrifugestap in de overdracht van een belangrijk deel van de met caseïne omgeven waterdruppeltjes naar de 30 waterige fase. De aldus verkregen bolletjes werden gekleurd, gebruik 8 makend van Rhodamine B. Vervolgens werden de monsters bekeken met een behulp van confocale aftast-lasermicroscoop (CSLM). De resultaten van het Tween-vrije monster zijn weergegeven in Figuur 1. De schaal van Fig. 1 is dezelfde als die van Fig. 2. Rechts onderaan in Fig. 2 is een markering 5 weergegeven die een lengte van 80 pm weergeeft.

Uit Fig. 1 volgt dat de gemiddelde diameter van de capsules ca. 30 pm bedroeg.

Voorbeeld 2 10 Voorbeeld 1 werd herhaald, maar nu werd Span™ 85 als emulgator gebruikt. Span™ 85 is een olieoplosbare emulgator die redelijk hydrofiel is (de hydrofiele/lipofiele balans, HLB is 1.8). Door de hogere HLB konden de capsules nog gemakkelijker dan bij Voorbeeld 1 van de olie- naar de waterfase worden gebracht door de capsulebevattende olie op water te 15 leggen. Onder invloed van de zwaartekracht bewogen de capsules binnen een uur grotendeels van de olie naar de waterfase. Een CSLM-opname van de aldus verkregen capsules is weergegeven in Fig. 2.

Voorbeeld 3 20 Voorbeeld 1 werd herhaald, maar nu werd aan de oliefase geen emulgator toegevoegd. Na de verhittingsstap werden de capsules gevormd in de olie. De capsules bleken nu aggregaten te hebben gevormd in de olie. De (aggregaten van) capsules werden nu niet afgescheiden van de olie, maar de olie werd (in een gewichtsverhouding 1 op 10) geëmulgeerd met behulp 25 van een roerder in water met daaraan toegevoegd 0.5% caseïne. Een CSLM opname van de aldus gevormde oliedruppels in water is weergegeven in Fig.

3. In deze figuur kleurt de oliefase groen, de eiwitfase rood en de waterfase zwart. Uit Fig. 3 blijkt dat oliedruppels zijn gevormd die weer gevuld zijn met (geaggregeerde) caseïnecapsules.

j * A V «. «

Claims

1. Microcapsule omvattende een kapsel, welk kapsel gegeleerd caseïne omvat.

2. Microcapsule volgens conclusie 1, waarbij het caseïne is gegeleerd met behulp van enzymen, bij voorkeur met behulp van stremsel.

3. Microcapsule volgens een der voorgaande conclusies, welke gevuld is met een polaire, bij voorkeur waterige, vloeistof; dan wel gevuld is met een gas, bij voorkeur lucht.

4. Microcapsule volgens een der voorgaande conclusie, welke gevuld is met een oplossing, een suspensie of een dispersie van één of meer 10 componenten in een polaire vloeistof.

5. Microcapsule volgens een der voorgaande conclusies, met een diameter van tussen 0.1 en 1000 μπι.

6. Microcapsule volgens een der voorgaande conclusies, met een vochtgehalte van 50 gew.% of meer, bij voorkeur 80% of meer, in het 15 bijzonder 97% of meer.

7. Olie-achtige fase met daarin capsules volgens een der voorgaande conclusies.

8. Waterige fase met daarin capsules volgens een der voorgaande conclusies 1-6.

9. Olie in water emulsie waarin de oliedruppels gevuld zijn met capsules volgens een der voorgaande conclusies 1-6.

10. Emulsie volgens conclusie 9 waarbij de oliefase althans in hoofdzaak vrij is van emulgator.

11. Emulsie volgens conclusie 10 waarbij de kapsels vernette eiwitten 25 anders dan caseïne omvatten.

12. Voedingsmiddel, bij voorkeur zuivelproduct, omvattende microcapsules volgens een der conclusies 1-6.

13. Kaas volgens conclusie 12.

14. Werkwijze voor de bereiding van microcapsules, omvattende de stappen van: - het bij een temperatuur van < 25 °C emulgeren van een 5 caseïneoplossing met daaraan toegevoegd een enzymatisch geleringsmiddel, bij voorkeur stremsel, in een olie met daaraan toegevoegd een emulgator; - verhitten van de aldus verkregen emulsie tot een temperatuur waarbij het geleringsmiddel actief wordt; - het op deze temperatuur houden van de emulsie voor een periode 10 die voldoende lang is om een kapsel te vormen; en - het eventueel scheiden van de capsules uit de oliefase.

15. Microcapsules verkrijgbaar volgens de werkwijze van conclusie 14.