PL219389B1 - Sposób otrzymywania kompozycji substancji chemicznych, zwłaszcza substancji aromatycznych, w postaci kapsułek - Google Patents

Abstract

Sposób otrzymywania kompozycji substancji chemicznych, zwłaszcza substancji aromatycznych, w postaci kapsułek przez homogenizację roztworu wodnego gumy arabskiej, kompozycji substancji chemicznych oraz substancji powlekających a następnie suszenie powstałych kapsułek, polega na tym, że kompozycję substancji chemicznych, zwłaszcza substancji aromatycznych, homogenizuje się z roztworem wodnym gumy arabskiej i po otrzymaniu klarownego roztworu dodaje się wodny roztwór substancji powlekających a tak uzyskany roztwór-emulsję nanosi się za pomocą dysz rozpyłowych w postaci kropel na warstwę suchego proszku maltodekstryny, następnie maltodekstrynę wraz z utworzonymi kapsułkami przenosi się do oddzielnego zbiornika, w którym pozostawia się je na czas nie krótszy niż 15 minut, po czym oddziela się powstałe kapsułki od maltodekstryny.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania kompozycji substancji chemicznych, zwłaszcza substancji aromatycznych, w postaci kapsułek do aromatyzowania produktów suchych o długim czasie przechowywania.

Szereg substancji podczas kontaktu z powietrzem łatwo ulatnia lub też utlenia się zmieniając swoje właściwości skutkiem czego ich przydatność użytkowa staje się ograniczona. Do tej grupy można zaliczyć omega kwasy, olejki eteryczne i aromaty a nawet barwniki. W celu zapobieżenia tym niekorzystnym zmianom substancje takie zamyka się w szczelnej otoczce zwanej kapsułką. Kapsułka ta pod wpływem kontaktu np. z wodą lub innym rozpuszczalnikiem rozpuszcza się uwalniając do roztworu zamkniętą substancję.

Przykładowo, dotychczas do aromatyzowania produktów suchych o długim czasie przechowywania stosowane są proszki z aromatem. Proszki mają tę wadę, że w miarę przechowywania tracą swoją siłę aromatyzacji, ponieważ aromat ulatnia się lub cząstki proszku zmieniają swoje właściwości podczas kontaktu z powietrzem.

Proszek z aromatem uzyskuje się w ten sposób, że aromat w płynie zamyka się w roztworach wodnych substancji zagęszczających lub żelujących, takich jak guma arabska, żelatyna, pektyna i inne np. cyklodekstryna. Za najskuteczniejszą uznaje się cyklodekstrynę, lecz jej zastosowanie jest ograniczone ze względów technologicznych i zdrowotnych. Do wiązania substancji chemicznych, które najczęściej są substancjami hydrofobowymi, stosuje się substancje żelujące lub zagęszczające. Stosowanie substancji żelujących jest ograniczone ze względów technologicznych.

Do zamykania aromatów najczęściej stosuje się roztwór gumy arabskiej. Po zhomogenizowaniu aromatu z roztworem gumy arabskiej, łączy się go z roztworem wodnym maltodekstryny, która jest substancją hydrofilną i tworzy warstwę ochronną przypominającą mikrokapsułki. Do pokrywania mogą być stosowane i inne węglowodany takie cukry jak glukoza galaktoza czy też sacharoza. Glukoza czy inne cukry po rozpuszczeniu przyjmują formę bezpostaciową i po wysuszeniu tworzą powłokę niskoprzepuszczalną lecz higroskopijną, co nie pozwala na ich stosowanie. Aby poprawić jakość tej powłoki dodaje się często mieszaninę glukozy i maltodekstryny.

Do wytworzenia powłoki może być też stosowany syrop skrobiowy dający powłokę bardzo mało przepuszczalną, lecz sam syrop skrobiowy tworzy skorupę nieprzepuszczalną i twardą, a w trakcie suszenia ma tendencję do pękania. W celu minimalizacji pękania dodaje się maltodekstrynę, co czyni powłokę bardziej elastyczną.

Powłoka ze skrobi jest bardziej szczelna, lecz ze względu na gorszą przepuszczalność wody wymaga dłuższego czasu suszenia, co ogranicza jej stosowanie do suszenia rozpyłowego.

Jedną z kluczowych operacji jednostkowych podczas procesu kapsułkowania jest homogenizacja. Homogenizacja polega na rozdrobnieniu substancji w roztworach wodnych za pomocą mieszadeł o bardzo dużych obrotach. Jeżeli następnie emulsję/roztwór homogeniczny połączy się z roztworem powlekającym to w rezultacie otrzymuje się cząstki o wielkości przypadkowej, typowo od 0,03 do 0,5 mm i większe.

Roztwór następnie suszony jest na suszarni rozpyłowej. Powyższy roztwór/emulsja przepuszczony przez dyszę rozpyłową generuje cząstki o wielkości od 0,05 do 0,2 mm. Większe cząstki ulegają rozbiciu a aromat może uwolnić się na ich powierzchni. Aromaty suszy się powietrzem o temperaturze 150°C, a proszek osiąga temperaturę około 90°C. Podczas suszenia rozpyłowego dąży się do uzyskania jak największej powierzchni parowania, w związku z tym, cząstki proszku mają strukturę pierzastą, co sprzyja szybkiemu suszeniu, lecz również ubytkom aromatu w trakcie suszenia i potem przechowywania. Ponadto suszenie mokrego proszku, zawierającego w swej strukturze wodę powoduje rozsadzanie cząsteczki przez uwalniającą się parę. Razem z parą uwalniany jest aromat, a co za tym idzie część produktu ulega stracie.

Innym dotychczas znanym sposobem produkcji mikrokapsułek jest produkcja granulatu wprost z proszku. Polega ona na wytwarzaniu tabletek z proszku poprzez jego sprasowanie a następnie rozdrabnianie tabletek na cząstki o określonej wielkości. Metoda ta charakteryzuje się ubytkami aromatów podczas tabletkowania i rozdrabniania. Ponadto w trakcie rozdrabniania uzyskuje się cząstki o różnej wielkości, co wymaga następnie klasyfikacji, czyli przesiewania i ponownego tabletkowania odsiewu. Wszystko to powoduje, że technologia jest złożona oraz pracochłonna i energochłonna.

Znane jest również rozwiązanie, w którym kapsułki produkuje się na wieży rozpyłowej. W wieży suszarni rozpyłowej zamontowane są dwie dysze rozpyłowe jedna nad drugą. Jedna z dyszy kieruje ciecz rozpylaną, np. z aromatem, do góry a z substancją powlekającą tj. z węglowodanami do dołu. Cząstki powlekające i powlekane spotykają się i substancja powlekająca pokrywa cząstkę z aromaPL 219 389 B1 tem. Przy sposobie istnieje duże prawdopodobieństwo powlekania, jednakże efektem są cząstki zarówno pokryte (zamknięte) jak i niepokryte (otwarte). Taki sposób nie daje gwarancji równomiernego powlekania każdej cząsteczki.

Wadą uzyskiwanego zgodnie ze stanem techniki proszku z aromatem lub granulek uzyskiwanych z proszku jest to, że są zbyt szybko i niekontrolowanie rozpuszczalne w wodzie. Podczas rozpuszczania, aromat uwalnia się i ulatnia się natychmiastowo, co spowodowane jest pierzastą strukturą proszku jak również dobrą rozpuszczalnością maltodekstryny w wodzie. W związku z powyższym uzyskiwany proszek też jest szybko rozpuszczalny. Zbita struktura granulatu spowalnia nieco ten proces.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu otrzymywania kompozycji substancji chemicznych, zwłaszcza substancji aromatycznych, w postaci kapsułek do aromatyzowania produktów suchych o długim czasie przechowywania w procesie, w którym każda cząstka będzie pokryta w sposób równomierny i jednakowy oraz sposób taki nie będzie powodował zmian w substancji kapsułkowanej, a także obniżenie strat podczas przechowywania co wydłuży czas przydatności produktu.

Sposób według wynalazku polega na tym, że kompozycję substancji chemicznych, zwłaszcza substancji aromatycznych, homogenizuje się z roztworem wodnym gumy arabskiej i po otrzymaniu klarownego roztworu dodaje się wodny roztwór substancji powlekających, takich jak syrop skrobiowy, syropy cukrowe i maltodekstryna. Tak uzyskany roztwór-emulsję nanosi się za pomocą dysz rozpyłowych w postaci kropel na warstwę suchego proszku maltodekstryny, która jest substancją hydrofilną wchłaniającą wodę. Korzystnie temperatura proszku maltodekstryny jest wyższa od temperatury otoczenia a stosunek proszku maltodekstryny do masy wilgotnych kapsułek jest nie mniejszy niż 4:1. Krople roztworu w kontakcie z suchą maltodekstryną, która jest materiałem hydrofilnym, łatwo chłonącym wodę, ulegają wysuszeniu, gdyż woda zawarta w roztworze dyfunduje do maltodekstryny. Im większa jest ilość maltodekstryn lub innych węglowodanów w stosunku do wody zawartej w kroplach, tym suszenie jest szybsze. Następnie maltodekstrynę wraz z utworzonymi kapsułkami przenosi się do oddzielnego zbiornika, w którym pozostawia się je na czas nie krótszy niż 15 minut. W zbiorniku następuje kolejny etap suszenia dyfuzyjnego. Następnie oddziela się powstałe kapsułki od maltodekstryny. Oddzielanie można prowadzić na sitach a wilgotną maltodekstrynę poddaje się suszeniu i zawraca do procesu. Można również, co jest najbardziej korzystne, prowadzić rozdzielanie kapsułek od maltodekstryny metodą fluidalną przy stosowaniu powietrza o temperaturze pozwalającej na wysuszenie maltodekstryny. Proszek maltodekstryny jest porywany przy prędkości kilkakrotnie mniejszej niż prędkość fluidyzacji dla kapsułek. Niezwiązana z kapsułką maltodekstryna jest równocześnie suszona i rozdzielana w transporcie pneumatycznym.

W sposobie według wynalazku podczas suszenia dyfuzyjnego nie stosuje się powietrza jako czynnika suszącego, w związku z czym straty związku chemicznego, zwłaszcza aromatu zawartego w kapsułkach są znacznie mniejsze.

Maltodekstrynę po procesie odwadniania suszy się rozdzielnie bez aromatu lub suszy się ją w transporcie pneumatycznym. W transporcie pneumatycznym czas suszenia wynosi kilka sekund, tak jak w wieżach rozpyłowych, i jest wystarczający. Najczęściej siła aromatyzacji proszku wynosi od 1:250 do 1:500. W przypadku kapsułek otrzymanych sposobem według wynalazku uzyskuje się taką samą siłę aromatyzacji.

Uzyskane kapsułki przy stosowaniu sposobu według wynalazku mają strukturę zbitą, z niższą rozpuszczalnością w wodzie. Prędkość rozpuszczania można przyśpieszyć lub zwolnić stosując różne środki do pokrywania kapsułek, a więc jest to proces kontrolowany.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1.

Do 25 części wagowych gumy arabskiej dodano taką samą ilość wody i podgrzewano do temperatury 100°C mieszając tak by uzyskać klarowną ciecz. Do uzyskanego roztworu gumy arabskiej dodano olejek cytrynowy w płynie w proporcji 0,7 części wagowych olejku do 1 części wagowej gumy arabskiej w proszku. Całość miksowano przez około 3 minuty. W drugim pojemniku 10 części wagowych maltodekstryny rozpuszczono się w 20 częściach wagowych wody. Do roztworu maltodekstryny dodano 30 części wagowych syropu skrobiowego w płynie. Syrop zawierał 80% sm i 20% wagowych wody. Obydwa roztwory połączono, miksowano całość mieszaniny i podgrzano do temperatury 95°C. Wilgotność uzyskanego roztworu wynosiła 37%. Mieszaninę wlano do zbiornika ciśnieniowego. Na przesiewacz wibracyjny, do którego zamiast sita wstawiono ślepe sito bez otworów zasypano maltodekstrynę na wysokość 3 cm w ilości 800 g. Maltodekstryna była wysuszona, miała wilgotność 1-1,5% i była podgrzana do temperatury 55°C. Z wysokości około 30 cm natryskiwano uzyskany uprzednio roztwór w czasie 5 sekund przy wydatku 0,5 l/min. Całość z przesiewacza tj. mieszaninę uformowanych kapsułek i maltodekstryny wsypano do

PL 219 389 B1 pojemnika bez podgrzewania i przetrzymano przez 45 minut. Po około 45 min odsiano maltodekstrynę od gotowego granulatu kapsułek. W wyniku suszenia uzyskano 23 g gotowego produktu. Po wysuszeniu winno się uzyskać 21 g suchego wyrobu. Przyrost masy kapsułek można tłumaczyć tym, że uzyskano dodatkową warstwę ochronną w postaci maltodekstryny. Masa maltodekstryny uwięziona na kapsułce może być większa niż by to wynikało z wyliczeń gdyż część bardzo drobnych kapsułek mogła przejść do maltodekstryny i zostać odsiana. Wilgotność kapsułek wynosiła 8%.

Uzyskane kapsułki były bez zapachu a ich siła aromatyzacji po 1 miesięcznym czy 3 letnim przechowywaniu siła aromatyzacji nie różniła się w sposób zasadniczy.

P r z y k ł a d 2.

Postępowano jak w przykładzie 1 przy czym na maltodekstrynę natryskiwano uzyskany roztwór w czasie 5 sekund przy wydatku 0,5 l/minutę. Całość z przesiewacza tj. mieszaninę uformowanych kapsułek i maltodekstryny wsypano do pojemnika bez podgrzewania i przetrzymano przez 45 minut. Po około 45 minutach odsiano maltodekstrynę od gotowego granulatu kapsułek. Odsiewanie prowadzono na fluidalnej suszarce laboratoryjnej. Do komory zasypano całość materiału z kapsułkami przy prędkości powietrza 0,8 m/s. Maltodekstrynę zebrano w filtrze a kapsułki zostały na dnie sitowym z siatką. Wielkość oczek na sicie wynosiła 0.2 mm. W wyniku suszenia uzyskano 23 g gotowego produktu. Po wysuszeniu winno się uzyskać 21 g suchego wyrobu. Przyrost masy kapsułek można tłumaczyć tym, że uzyskano dodatkową warstwę ochronną w postaci maltodekstryny. Masa maltodekstryny uwięziona na kapsułce może być większa niż by to wynikało z wyliczeń gdyż część bardzo drobnych kapsułek mogła przejść do maltodekstryny i zostać odsiana. Wilgotność kapsułek wynosiła 8%. Uzyskane kapsułki były bez zapachu a ich siła aromatyzacji po 1 miesięcznym czy 3 letnim przechowywaniu siła aromatyzacji nie różniła się w sposób zasadniczy.

P r z y k ł a d 3.

Postępowano jak w przykładzie 1, przy czym zamiast olejku cytrynowego stosowano aromat brzoskwiniowy. Proporcje gumy arabskiej do syropu skrobiowego i maltodekstryny były takie same. Stosowano aromat brzoskwiniowy w płynie w proporcji 0,9 części wagowych olejku do 1 części wagowej gumy arabskiej w proszku. Uzyskano wyniki jak w przykładzie 1.

P r z y k ł a d 4.

Postępowano jak w przykładzie 1, przy czym zamiast olejku cytrynowego stosowano omegakwasy. W drugim pojemniku 10 części wagowych maltodekstryny rozpuszczono się w 20 częściach wagowych wody. Do roztworu maltodekstryny dodano 40 części wagowych syropu skrobiowego w płynie. Postępowano jak przy przykładzie 1 i uzyskano analogiczne wyniki.

Claims (5)

1. Sposób otrzymywania kompozycji substancji chemicznych, zwłaszcza substancji aromatycznych, w postaci kapsułek przez homogenizację roztworu wodnego gumy arabskiej, kompozycji substancji chemicznych oraz substancji powlekających a następnie suszenie powstałych kapsułek, znamienny tym, że kompozycję substancji chemicznych, zwłaszcza substancji aromatycznych, homogenizuje się z roztworem wodnym gumy arabskiej i po otrzymaniu klarownego roztworu dodaje się wodny roztwór substancji powlekających a tak uzyskany roztwór-emulsję nanosi się za pomocą dysz rozpyłowych w postaci kropel na warstwę suchego proszku maltodekstryny następnie maltodekstrynę wraz z utworzonymi kapsułkami przenosi się do oddzielnego zbiornika, w którym pozostawia się je na czas nie krótszy niż 15 minut po czym oddziela się powstałe kapsułki od maltodekstryny.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako substancje powlekające stosuje się syrop skrobiowy, syropy cukrowe i maltodekstrynę.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proszek maltodekstryny podgrzany jest do temperatury wyższej od temperatury otoczenia, a stosunek proszku maltodekstryny do masy wilgotnych kapsułek jest nie mniejszy niż 4:1.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oddzielanie powstałych kapsułek od maltodekstryny prowadzi się na sitach a następnie wilgotną maltodekstrynę poddaje się suszeniu i zawraca do procesu.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oddzielanie kapsułek od maltodekstryny prowadzi się metodą fluidalną przy stosowaniu powietrza o temperaturze pozwalającej na wysuszenie maltodekstryny.