PL182026B1

PL182026B1 - Sposób kapsulkowania PL PL PL

Info

Publication number: PL182026B1
Application number: PL96315020A
Authority: PL
Inventors: Zenon I Mandralis; James Tuot
Original assignee: Nestle Sa
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 2001-10-31
Also published as: ZA965532B; MY132266A; TW453893B; AR002649A1; EP0750854A3; PT750854E; DE69616167D1; SG74562A1; CN1081946C; RU2164406C2; DE69616167T2; CN1141211A; MX9602503A; ATE207312T1; ES2164205T3; BR9602914A; EP0750854B1; PL315020A1; EP0750854A2; US6048562A

Abstract

1. Sposób kapsulkowania materialu rdzeniowego, w którym material rdzeniowy i mate- rial kapsulki poddaje sie dzialaniu wysokiego cisnienia, znam ienny tym, ze miesza sie mate- rial rdzeniowy z wodnym medium, zawierajacym naturalny polimer, po czym poddaje sie wytworzona mieszanine dzialaniu cisnienia 103 400-1 379 000 kPa w temperaturze 0-100°C, w ciagu co najmniej 30 sek, po czym utworzona matryce zelowa, skladajaca sie z materialu rdzeniowego, zakapsulkowanego wewnatrz naturalnego spozywczego polimeru, poddaje sie suszeniu. PL PL PL

Description

W przemyśle spożywczym kapsułkowanie może być stosowane do stabilizacji materiału rdzeniowego i do kontrolowania czasu i szybkości jego uwalniania. Tak więc, kapsułkowanie czyni możliwym ochronę wrażliwych składników żywności, zabezpiecza przed utratą wartości odżywczych i maskuje lub konserwuje smak i zapach. Kapsułkowanie zwiększa również stabilność witaminowych lub mineralnych dodatków, które są na przykład wrażliwe na promieniowanie UV, światło, tlen, metale, wilgoć i temperaturę. Ponadto, kapsułkowanie jest również przydatne w przemyśle farmaceutycznym dla zabezpieczenia podniebienia i przełyku przed szorstkimi, doustnymi lekami, które uwalniają się w żołądku na skutek działania kwasów żołądkowych i enzymów na powłokę kapsułki lub dla kontrolowanego uwalniania leku podanego domięśniowo, podskórnie lub dożylnie.

Białka (serwatka, żelatyna, białko jajka, kazeina, albuminy ludzkiej surowicy itd.) i polisacharydy (skrobia, karboksymetyloceluloza itd.) stosowane są jako materiał na ścianki do kapsułkowania różnych składników. Przegląd różnych stosowanych technik, przedstawiony został przez P.K. Gupfa i C.T. Hungja, w „Albumin Microspheres: application in drugs delivery”, J. Microencapsulation, (1989), 6,464-472 i przez R. Arschady, „Albumin Microspheres and Microcapsules: Methodology of manufacturing techniques”, Journal of Controlled Release, 14 (1990) 111-131. Zazwyczaj, składnik aktywny rozpuszcza się, emulguje lub dysperguje w roztworze białka w wodzie, a następnie białko denaturuje się, w wyniku czego staje się nierozpuszczalne w wodzie, w ten sposób przechwytując składnik aktywny. W zależności od pożądanego kształtu i wielkości kapsułki, można znaleźć w literaturze różne techniki wytwarzania, poczynając od prostego mielenia dla wytworzenia podwójnych emulsji w środowisku olejowym przed denaturacją. Tym niemniej, wspólne dla wszystkich technik jest to, że proces denaturacji prowadzi się bądź termicznie (100-180°C), bądź na drodze chemicznego sieciowania za pomocą odpowiednich środków sieciujących, takich jak aldehyd glutarowy. Jest oczywiste, ze denaturacja termiczna jest nieodpowiednia w przypadku składników wrażliwych na ogrzewanie, takich jak witaminy, aromaty, środki smakowe lub leki, takie jak metotreksat, epineprina, salbumatol, co zostało omówione przez Gupta i Hung'a w „Albumin Microencapsulation: Physico-chemical characteristics”, J. Microencapsulation, (1989), 6, 427-461. Chemiczne sieciowanie jest również nieodpowiednie, jeśli stosowanie związków chemicznych nie jest dopuszczone przez przepisy dotyczące żywności lub leku. Ponadto z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 978 482 znany jest sposób wytwarzania mikrokapsułek, w którym materiały rdzeniowy i kapsułki wprowadza się do komory i mieszaninę poddaje się działaniu ciśnienia w czasie rzędu 1 sek lub krótszym, wytwarzając ciśnieniową falę uderzeniową.

W sposobie kapsułkowania według niniejszego wynalazku, wyżej wymienione niedogodności, np. związane ze stosowaniem ogrzewania i związków chemicznych, mogą być przezwyciężone przez zastosowanie naturalnego polimeru jako materiału kapsułkującego i poddanie otrzymanej mieszaniny materiału rdzeniowego i materiału kapsułkującego, działaniu wysokiego ciśnienia w temperaturze 0-100°C, w ciągu co najmniej 30 sek.

Sposób kapsułkowania materiału rdzeniowego według wynalazku polega na tym, że miesza się materiał rdzeniowy z wodnym medium, zawierającym naturalny polimer spożywczy, a następnie poddaje się uzyskaną mieszaninę działaniu ciśnienia, 103 400-1 379 000 kPa w temperaturze 0-100°C, w ciągu co najmniej 30 sek, po czym utworzoną matrycę żelową, zawierającą materiał rdzeniowy, zakapsułkowany wewnątrz naturalnego polimeru i poddaje się suszeniu.

Jeśli jest to wskazane, przed obróbką ciśnieniową, miesza się wytworzoną mieszaninę ze stopionym tłuszczem, w celu otrzymania emulsji typu woda w oleju, zawierającej kropelki, po czym schładza się emulsję dla zestalenia fazy tłuszczowej, a następnie poddaje działaniu ciśnienia, aby przekształcić kropelki w cząstki żelu, oddziela się cząstki żelu od fazy tłuszczowej i przemywa się wydzielone cząstki.

Wytworzone kapsułki mogą być mikrokapsułkami o średnicy od 1 mikrometra do 3 mm, korzystnie od 2 mikrometrów do 2 mm, a zwłaszcza od 5 mikrometrów do 0,5 mm. Materiał rdzeniowy może być ciałem stałym lub cieczą i może być substancją stosowaną w przemyśle spożywczym, taką jak środek smakowy, barwiący, witamina, minerał, przyprawę lub olej, lub środek

182 026 farmaceutyczny. Wynalazek niniejszy jest szczególnie korzystny, jeśli materiał rdzeniowy jest wrażliwy termicznie i chemicznie.

Polimer materiału kapsułkującego może być polisacharydem, takim jak pektyna lub guma, np. karboksymetyloceluloza, niższa metoksypektyna, alginian, skrobia, itd. lub może być dowolnym białkiem, zwierzęcego bądź roślinnego pochodzenia, które jest rozpuszczalne w wodzie lub dyspergowalne w wodzie, np. białko serwatki, kazeina, żelatyna, albuminy z ludzkiej surowicy, białko jajka łub białko soi.

Polimer materiału kapsułkującego korzystnie, powinien być nietoksyczny, nierozpuszczalny w wodzie po obróbce wysokociśnieniowej, biokompatybilny i biodegradowalny, powinien stanowić dobrą barierę przed tlenem i stratami przez dyfuzję i być dopuszczonym przez odpowiednie urzędy do stosowania w spożywczych lub farmaceutycznych produktach.

Dokładny przegląd zachowań różnych makrocząstek pod wysokim ciśnieniem jest przedstawiony w „High Pressure and Biotechnology”, Eds. C. Balny, R. Hayashi, K. Heremans & P. Masson, Colloque INSERM/John Eurotext Ltd., 1992, Tom 224, str. 89, 105, 185, 195.

Materiał rdzeniowy może być mieszany w sposób dogodny z wodnym medium polimeru, albo przez rozpuszczenie, zemulgowanie lub zdyspergowanie do postaci roztworu wodnego, zawiesiny lub szlamu polimeru. Temperatura wysokociśnieniowej obróbki, wynosi korzystnie 15-60°C, a zwłaszcza 20-40°C i odpowiednio temperatura pokojowa. Ciśnienie wynosi korzystnie 27 566-1 033 500 kPa, a zwłaszcza 413 640-827 280 kPa. Obróbkę wysokociśnieniową można przeprowadzić w aparacie, który jest wytrzymały na stosowane wysokie ciśnienie, korzystnie w hydrostatycznej prasie, stosując przykładowo wodę i/lub olej jako ciekłe medium. Przed umieszczeniem w aparacie, mieszaninę materiału rdzeniowego z polimerem, można zatapiać w elastycznych torebkach, wykonanych z gumy lub dowolnego tworzywa sztucznego, które jest dopuszczone do kontaktu z żywnością, np. PCV. Przegląd dostępnych wysokociśnieniowych urządzeń i rodzajów elastycznych torebek, które mogą być stosowane w obróbce wysokociśnieniowej, jest przedstawiony w „High Pressure and Biotechnology”, Eds. C. Balny, R. Hayashi, K. Heremans & P Masson, Colloque INSERM/John Eurotext Ltd., 1992, Tom 224, str. 509, 515. Czas trwania obróbki wysokociśnieniowej powinien być wystarczający do wytworzenia żelu, i wynosi co najmniej 30 sekund, korzystnie 1-60 minut, a zwłaszcza 5-45 minut. Obróbkę można prowadzić w czasie dłuższym niż 60 minut, ale nie wynikają z tego żadne korzyści. pH podczas obróbki wysokociśnieniowej może wynosić 2-8, ale korzystne jest 4-7, a jeśli polimer jest białkiem, jest to zazwyczaj naturalne pH białka.

W jednym ze sposobów kapsułkowania, po obróbce ciśnieniowej, matryca żelowa zawierająca rozpuszczone, zemulgowane lub zdyspergowane składniki aktywne jest najpierw mielona do pożądanej wielkości cząstek, a następnie suszona, dowolnym sposobem, takim jak suszenie próżniowe, chemiczne odwodnienie, liofilizacja, suszenie konwekcyjne, suszenie absorbcyjne, itd. Alternatywnie, najpierw suszy się żel matrycy, a następnie mieli do pożądanej wielkości cząstek.

W przypadku, gdy pożądane jest wytworzenie kulistych mikrokapsułek, można zastosować alternatywną procedurę, jak poniżej. Roztwór, emulsję lub zawiesinę materiału rdzeniowego w systemie woda/polimer, dodaje się do fazy tłuszczowej, którą utrzymuje się w temperaturze nieco wyższej niż temperatura topnienia tłuszczu (zazwyczaj 30-60°C). Podczas mieszania wytwarza się emulsja o pożądanej wielkości kropli. W celu wytworzenia stabilnej emulsji, można dodać jakiegokolwiek odpowiedniego środka powierzchniowo czynnego. Następnie, system zatapia się w elastycznych woreczkach i gwałtownie schładza, tak aby zanim kropelki emulsji ulegnąkoalescencji, zestaliła się faza tłuszczowa, po czym poddaje działaniu wysokiego ciśnienia. Po działaniu wysokiego ciśnienia w określonym czasie, unieruchomione wewnątrz fazy tłuszczowej kropelki wytwarzają fazę żelową, w wyniku denaturacji białka i wokół rdzenia tworzą się kuliste powłoki. Przy podnoszeniu temperatury powyżej temperatury topnienia tłuszczu, kuliste kapsułki mogą być wydzielone z fazy tłuszczowej (za pomocą dowolnej techniki, takiej jak filtracja, wirowanie, dekantacja, itd). Można stosować dowolny, dopuszczalny do celów spożywczych olej lub tłuszcz, np. masło kakaowe, olej kukurydziany, olej słonecznikowy, olej z

182 026 oliwek, uwodorniony olej sojowy lub inne uwodornione oleje roślinne. Wskazane jest, aby faza tłuszczowa była zestalona podczas obróbki wysokociśnieniowej, tak aby mikrokapsułki nie ulegały koalescencji i można to uzyskać z dowolnym olejem, jeśli otrzymana emulsja jest stabilna podczas obróbki. Odpowiednimi, lipofilowymi emulgatorami do wytwarzania emulsji typu woda w oleju są: monooleinian gliceryny, monostearynian glikolu propylenowego, monostearynian gliceryny, lecytyna i monostearynian sorbitanu, itd.

Ilość materiału rdzeniowego w mieszaninie z wodnym medium polimeru może wynosić 0,5-30%, korzystnie 1-10%, a zwłaszcza 2-8% wagowych, licząc na całkowitą wagę mieszaniny. Ilość polimeru w wodnym medium polimeru może wynosić 1-50%, a korzystnie 5-30%, licząc na całkowitą wagę wodnego medium polimeru.

Jeśli jest to wskazane, środki konserwujące, takie jak cytrynian sodu lub wodorosiarczan sodowy mogą być dodawane do mieszaniny materiału rdzeniowego z wodnym polimerem, aby zapobiegać utlenianiu materiału rdzeniowego.

Przykłady

Wynalazek niniejszy zostanie teraz zilustrowany przykładami, w których części i procenty są podane wagowo.

Przykład I 1 część białkajajka miesza się z 0,1 częścibarwnikaFD&CBlue#l irozpuszcza się w 3 częściach wody. Następnie, roztwór dodaje się do 200 części malezyjskiego masła kakaowego, zawierającego 0,1 części Tween 80 (oleinian polioksyetylowanej pochodnej sorbitanu), jako emulgatora i miesza się w temperaturze 35°C, przy 300 obrotach na minutę, po czym umieszcza emulsję w elastycznych woreczkach z PCV. Następnie, natychmiast schładza się woreczki w celu zestalenia fazy masła kakaowego i uniknięcia koalescencji kropelek. Elastyczne woreczki umieszcza się w Quintus QFP-6 High Pressure Processor, dostarczanym przez ABB Autoclave System, Inc. i poddaje działaniu ciśnienia 882 432 kPa w ciągu 40 minut. Podczas obróbki ciśnieniowej temperatura wzrasta od 16°C do 42°C. Wytworzone kapsułki odfiltrowuje się od fazy tłuszczowej i przemywa eterem etylowym. Uwalnianie się niebieskiego barwnika z kapsułek bada się, dodając 0,05 części kapsułki do 1000 części wody o temperaturze pokojowej i mieszając. Spectronic 21D, do mierzenia absorbcji został wykalibrowany na standardowy niebieski barwnik o znanym stężeniu i stosowany do pomiarów uwalniania się barwnika w czasie. Jak wynika z fig. 1, szybkość uwalniania się barwnika (prawdopodobnie z powierzchni barwnika), była dużo wolniejsza. W przybliżeniu 50% uwolniło się podczas pierwszych 8 godzin, a tylko 55% uwolniło się po 2 dniach.

Przykład II (porównawczy)

Z zastosowaniem zasadniczo takiej samej procedury do opisanej w przykładzie I, ale z olejem kukurydzianym zamiast malazyjskiego masła kakaowego i bez wysokociśnieniowej obróbki elastycznych woreczków, jak to wynika z fig. 2, w przybliżeniu 70% barwnika (prawdopodobnie z powierzchni barwnika) uwalnia się z kapsułek po 8 godzinach, a 90% po 2 dniach. Wskazuje to na gorsze kapsułkowanie w porównaniu z kapsułkami z przykładu I, w którym emulsja została poddana obróbce wysokociśnieniowej.

Przykład III części białka serwatki (Bi-Pro, 95% Bio-Isolates Ltd), rozpuszcza się w 100 częściach wody i dodaje się 0,06 części mikroodżywki witaminowej. Doświadczenia przeprowadza się przy wartości pH wynoszącej 5-7. Roztwór umieszcza się w elastycznych woreczkach i poddaje działaniu ciśnienia 413 640 kPa w ciągu 20 minut, w temperaturze pokojowej. Otrzymaną matrycę żelową mieli się i suszy próżniowo. Analiza na zawartość witamin w wysuszonych cząstkach wskazuje, że cała ilość witaminy E i witaminy B1 przetrwała obróbkę ciśnieniową na obu poziomach pH. Tekstura zdenaturowanego białka przy wartości pH wynoszącej 7 jest bardziej elastyczna, lśniąca i przezroczysta niż białka denaturowanego przy pH 5, która jest bardziej krucha i matowa.

Przykład IV

Roztwór 350 części wody, 100 części białka serwatki (taki sam jak w przykładzie III) i 50 części mikroodżywki witaminowej (takiej samej jak w przykładzie III), umieszcza się w plastiko6

182 026 wych woreczkach i denaturuje pod wysokim ciśnieniem (413 640 kPa w ciągu 20 minut, temperatura pokojowa, pH = 7). Otrzymaną matrycę żelową mieli się i suszy próżniowo. Wytworzone mikrokapsułki analizuje się na zawartość witamin, a fig. 3 wskazuje, że zatrzymanie wszystkich witamin było bardzo wysokie.

Przykład V (porównawczy)

Zastosowano podobną procedurę jak w przykładzie IV, za wyjątkiem tego, że zamiast wysokociśnieniowej obróbki w plastikowych woreczkach denaturację przeprowadza się przez ogrzewanie kompozycji w temperaturze 95°C w ciągu 15 minut. Fig. 3 pokazuje, że zatrzymanie czterech z pięciu witamin było znacznie niższe w porównaniu z próbką poddaną działaniu wysokiego ciśnienia z przykładu IV.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób kapsułkowania materiału rdzeniowego, w którym materiał rdzeniowy i materiał kapsułki poddaje się działaniu wysokiego ciśnienia, znamienny tym, że miesza się materiał rdzeniowy z wodnym medium, zawierającym naturalny polimer, po czym poddaje się wytworzoną mieszaninę działaniu ciśnienia 103 400-1 379 000 kPa w temperaturze 0-100°C, w ciągu co najmniej 30 sek, po czym utworzoną matrycę żelową, składającą się z materiału rdzeniowego, zakapsułkowanego wewnątrz naturalnego spożywczego polimeru, poddaje się suszeniu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed obróbką ciśnieniową miesza się wytworzonąmieszaninę ze stopionym tłuszczem, po czym wytworzoną emulsję, składającąsię z kropelek emulsji typu woda w oleju schładza się, przy czym następuje zestalenie fazy tłuszczowej, a następnie poddaje się emulsję obróbce ciśnieniowej, podczas której kropelki przekształcają się w cząstki żelu, oddziela się cząstki żelu od fazy tłuszczowej i przemywa się wydzielone cząstki żelu.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako materiał rdzeniowy stosuje się środek smakowy, barwnik, witaminę, składnik mineralny, przyprawę, olej lub farmaceutyk.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się materiał rdzeniowy wrażliwy termicznie i chemicznie.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako polimer kapsułkujący stosuje się białko serwatki, kazeinę, żelatynę, albuminy z ludzkiego osocza, białko jajka, białko soi, pektynę lub karboksymetylocelulozę.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się polimer kapsułkujący nierozpuszczalny w wodzie po obróbce ciśnieniowej.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał rdzeniowy miesza się z wodnym medium polimeru przez rozpuszczenie, zemulgowanie lub zdyspergowanie go do postaci roztworu wodnego lub zawiesiny, lub szlamu polimeru.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wysokociśnieniową obróbkę prowadzi się w temperaturze 15-60°C.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę materiału rdzeniowego z wodnym medium, zawierającym naturalny polimer wprowadza się do prasy hydrostatycznej i poddaje się działaniu wysokiego ciśnienia.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed obróbką wysokociśnieniową, mieszaninę materiału rdzeniowego i spożywczego polimeru zatapia się w elastycznych woreczkach wykonanych z gumy lub tworzywa sztucznego.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas trwania obróbki wysokociśnieniowej wynosi 1-60 minut.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po obróbce wysokociśnieniowej matrycę żelową suszy się, a następnie mieli lub alternatywnie mieli się, a potem suszy, w celu wytworzenia pożądanej wielkości cząstek.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się materiał rdzeniowy w mieszaninie z wodnym medium polimeru w ilości 0,5-15% wagowych, licząc na całkowitą wagę mieszaniny, a polimer w wodnym medium polimeru w ilości 1 -50% wagowych, licząc na całkowitą wagę wodnego medium polimeru.

Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu kapsułkowania, a bardziej szczegółowo sposobu kapsułkowania materiału rdzeniowego za pomocą naturalnego polimeru.