Brevet FR2493701A1 — publié le 19820514

La présente invention concerne un procédé pour encapsuler des huiles et des matières solubles dans des huiles (liposolubles), comme les vitamines A, D et E, pro- cédé qui se dispense d'utiliser des gélatines. Plus parti- culièrertent, l'invention concerne un procédé pour produire des microcapsules pouvant être ingérées, et comprenant un liant formé d'un gel d'alginate essentiellement insoluble dans l'eau et conservant sa forme, maintenu par des ponts de sel entre les groupes carboxyles de l'alginate. On connait dans l'art antérieur de nombreux procédés pour encapsuler des substances lipophiles ou oléo- philes. Des procédés pour encapsuler des vitamines lipophi- les sont décrits, par exemple, dans les brevets des Etats- Unis d'Amérique NO 2 183 053, NO 2 218 591, NO 2 643 209, NO 2 650 895, NO 2 897 119, NI 3 058 728, NO 3 099 602, No 3 202- 731, Nu 3 293 132, No 3 608 083, NO 3 749 799, NO 3 819 838 et NI 3 143 475. La très grande majorité de ces modes opératoires pour encapsuler des vitamines, et d'autres procédés analogues, implique l'utilisation de gé- latines qui sont solidifiées autour de gouttelettes d'huiles vitaminiques par abaissement rapide de la température et déshydratation subséquente. Des procédés tels- que ceux décrits dans la liste ci-dessus de brevets ont atteint un certain succès commercial important, mais l'on a parfois rencontré des difficultés pour provoquer rapidement la solidification de la matière d'en- capsulation. En outre, il faut normalement des quantité im- portantes de chaleur pendant la mise en oeuvre des procédés à base de gélatine pour dissoudre efficacement la gélatine et pour déshydrater les capsules produites. La présente invention propose un procédé pour encapsuler des huiles et des substances solubles dans les huiles ou liposolubles, comme des vitamines, procédé qui surmonte les difficultés liées à une gélification rapide, même en présence de matières de charges, et qui n'exige pas une grande introduction de chaleur pour réaliser la dissolution des ingrédients ou pour déshydrater les micro- capsules résultantes. L'invention propose donc un procédé 2493?01 relativement peu onéreux pour encapsuler efficacement des huiles et des matières liposolubles, de manière à en amé- liorer la résistance à l'oxydation et à en faciliter la manutention. Dans le procédé, on forme une émulsion compre- nant une phase d'huile dispersée et une phase continue d'un alginate de métal alcalin et éventuellement une substance hydrosoluble, insoluble dans les alcools et qui est incorporée à titre d'agent d'allongement de l'alginate ou de charge. Avantageusement, il n'est pas nécessaire d'utiliser d'agents d'émulsification puisque l'alginate joue efficacement ce rôle. On donne ensuite à l'émulsion la forme de gouttelettes séparées que l'on immerge dans une solution alcoolique de cations polyvalents, typiquement des ions calcium sous for- me de chlorure de calcium, pour transformer les gouttelettes en des microperles de gel d'alginate essentiellement inso- lubles dans l'eau et qui conservent leur forme. Si l'on uti- lise une charge, il a été trouvé que, malgré la présence du gel d'alginate qui se forme, la charge sera précipitée au sein du liant d'alginate. Lorsqu'on utilise dans cette étape une solution à base d'alcool, cet alcool sert d'agent de précipitation de la charge et il favorise en outre la déshydratation des microcapsules en cours de formation. On peut ensuite laver les capsules dans de l'alcool frais pour enlever les sels et faciliter le séchage subséquent. Enfin, on sèche les capsules pour enlever l'alcool résiduel. Les microcapsules ainsi produites constituent une composition de matière mécaniquement stable pouvant être traitée comme un solide cristallin. La paroi des capsules comporte un liant formé d'un gel insoluble dans l'eau et contenant des cations polyvalents, et d'une charge. Dans le liant d'enrobage, il existe plusieurs compartiments contenant des gouttelettes d'huile protégées de l'exposition à l'atmosphère. Dans des formes préférées de réalisation, la ma- tière de charge-est un polysaccharide hydrosoluble et inso- luble dans les alcools, comme du dextrane; la solution al- coolique comprend un alcool volatil comme l'alcool méthyli- 2493T01 que ou éthylique, ou un de leurs mélanges;et l'huile est une matière nutritive pouvant être ingérée ou contient en dissolution des matières influant sur les processus de la nutrition, ou matières nutritionnelles, comme les vitami- nes A, D ou E. L'invention vise donc à proposer - un mode opératoire de micro-encapsulation, permettant de produire des granules secs contenant plusieurs gouttelettes séparées d'une substance oléophile ou lipophile complètement entourée par un revêtement d'alginate protec- teur; - une poudre stable, essentiellement sèche, con- tenant une dispersion de vitamines liposolubles, poudre qui est essentiellement insoluble dans l'eau mais peut être fa- cilement ingérée par des mammifères; - des modes opératoires d'encapsulation n'utili- sant pas des gélatines; - un mode opératoire d'encapsulation de vitamines, dans lequel on effectue une gélification rapide du liant d'enrobage de la capsule sans soumettre les capsules à une diminution rapide de la température; et - un mode opératoire de micro-encapsulation dans lequel on peut effectuer avec une meilleure utilisation de l'énergie la dissolution des ingrédients et le séchage du produit. Ces buts et caractéristiques de l'invention, ainsi que d'autres encore, ressortiront de la description ci- après. Dans le procédé de l'invention, on dissout un al- ginate alcalin, typiquement de l'alginate de sodium, dans de l'eau aux températures ambiantes pour produire une solu- tion contenant environ 1 à 4 'a en poids d'alginate. On dilue ensuite cette solution avec une solution d'une charge ou d'un agent d'allongement de gel, hydrosoluble et insoluble dans l'alcool, consistant, par exemple, en une solution aqueu- se contenant 0 à 30 n d'un polysaccharide comme du dextrane. D'autres charges convenables comprennent de la carboxyméthyl- cellulose de sodium, de la méthylcellulose, des dextrines et 249370 1 certains amidons solubles ou certaines fécules solubles. De préférence, lorsqu'on utilise du dextrane, on prépare une solution à 20 à 30 %) en poids. Le mélange de volumes égaux de solution de dextrane et de solution d'alginate donne une solution mixte contenant environ 0,5 à 2,0 ' en poids d'alginate et de 0 à 15 %, de préférence de 10 à 15 O, du polysaccharide. On a obtenu des résultats remarquables avec une solution contenant 0,8 à 1,2 % d'alginate de sodium et 12 'O de dextrane. Des concentrations d'alginate dans la solution, qui diminuent au-dessous d'environ 0,5 %D,sont de plus en plus inefficaces pour produire des -microcapsules sans défauts. Il est possible d'augmenter la teneur en alginate pour qu'elle excède environ 2 woJmais l'on aboutit alors à une solution dont la viscosité rend difficile la formation de gouttelettes. En général, il convient d'augmenter la concen- tration de la solution d'alginate à utiliser lorsque la quantité d'huile à encapsuler augmente. On ajoute ensuite à la solution aqueuse, typique- ment en une proportion de l'ordre de 1 ô à 10 % en poids (de façon optimale 3 à 6 D), la vitamine ou autre huile à incorporer aux microcapsules. Parmi les matières liposolu- bles à activité de vitamine et qui sont utiles dans la pra- tique de l'invention, il y a les huiles comportant des vi- tamines, des pro-vitaminesdes vitamines pures ou essentiel- lement pures, aussi bien naturelles que synthétiques, ou leurs dérivés chimiques, des produits bruts d'extraction contenant de telles substances, et leurs mélanges. L'in- vention permet de préparer des poudres fluides contenant, par exemple, des matières à activité de-vitamine A, de vi- tamine O et de vitamine E, ainsi que de la vitamine K, du carotène et des matières analogues ou des mélanges de tel- les matières. Des préparations de ce type sont disponibles dans le commerce et elles comprennent typiquement des anti- oxygènes acceptables du point de vue pharmaceutique et d'un type bien connu de l'homme de métier. La quantité d'huile que l'on utilise peut se situer en gros entre environ 1,0 % et le voisinage de 30 %. Cependant,à l'extrémité supérieure de la gamme, la stabilité de l'émulsion du type huile- dans-eau diminue, et la qualité de la microcapsule est ré- duite. On soumet le système à deux phases à une agita- tion rapide pour provoquer une émulsification de la phase huileuse dans la phase aqueuse. Des homogénéisateurs, des émulsificateurs ou un autre appareil de mélange exerçant un grand cisaillement sont utiles pour cette étape. Dans le cas idéal, l'émulsion résultante contient des gouttelettes d'huile ayant de l'ordre de 1 à 3 micromètres. L'alginate présent dans la phase continue sert non seulement de matière de formation de la paroi des capsules, mais aussi d'agent d'émulsification. Donc, on constate que l'émulsion est sta- ble à la pression et donne facilement des gouttelettes es- sentiellement sphériques. Dès que possible après la formation de l'émul- sion, celle-ci est extrudée en passant par des orifices mul- tiplespou on lui donne d'une autre manière la forme de gout- telettés dont la dimension se situe de préférence entre 300 et 1000 micromètres. Si on le désire, la formation des gout- telettes peut s'effectuer en atmosphère de gaz inerte. On collecte ensuite immédiatement les gouttelettes, pendant qu'elles sont essentiellement sphériques, dans une solution d'un alcool volatil contenant des cations polyvalents, par exemple CaCl2. Lorsque les gouttelettes pénètrent dans la solution alcoolique, les ions calcium remplacent par échange le métal alcalin de l'alginate, ce qui aboutit à la forma- tion de nombreux ponts de type sel entre des molécules d'al- ginate et à la création de petites perles d'alginate de calcium conservant leur forme.Tout le dextrane, ou tout polysaccharide insoluble dans l'alcool, éventuellement pré- sent est simultanément précipité au sein de la charpente d'alginate. Cette étape aboutit à une gélification essen- tiellement instantanée des gouttelettes, à la température ambiante, et à un retrait des gouttelettes dû à la déshydra- tation. Les ions calcium, à une concentration de 2,0 à 2,5 %' en poids, constituent le ration polyvalent préféré pour cette étape en raison de leur faible prix de revient et de leur basse toxicité, On peut aussi utiliser des ions strontium ou baryum, mais les ions magnésium ne con- viennent pas. Le solvant préféré est un alcool à bas poids moléculaire comme le méthanol ou l'éthanolou un de leurs mélanges. On préfère de tels alcools à bas poids moléculaire, car ils peuvent ensuite être enlevés facilement, par volati- lisation, de la microcapsule formée. La charge présente dans le liant d'enrobage des microcapsules sert à diminuer la migration de l'huile au sein des capsules, à diminuer le prix de revient des matières et à augmenter l'épaisseur des parois. Après cette utilisation, la solution alcoolique, ou l'alcool destiné à former une telle solution, peut être régénéré par distillation. Il ressort de ce qui précède que la solution al- coolique'joue trois rôles. En premier lieu, elle a un rôle de véhicule des ions polyvalents nécessaires pour venir au contact des gouttelettes liquides et y pénétrer afin de les faire passer de l'état liquide à l'état de gel essentiel- lement insoluble dans l'eau et conservant sa forme. En se- cond lieu, lorsqu'on utilise, comme cela est préféré ici, des charges du type décrit ci-dessus cette solution alcoo- lique sert à précipiter la charge au sein du liant formé par le gel d'alginate. En troisième lieu, la solution alcoo- lique favorise la déshydratation des microcapsules car l'eau se dissout dans l'alcool. On trouve que les microcapsules collectées de la solution contiennent des ions calcium et sodium résiduels, et les anions avec lesquels ces cations sont associés. On peut commodément les enlever par une ou plusieurs étapes de lavage à l'aide d'un alcool à bas poids moléculaire ne con- tenant pas de sel. Enfin, on enlève l'alcool et l'humidité résiduels en séchant les microcapsules, par exemple sous vide ou à l'air. Le produit résultant du mode opératoire ci- dessus est une matière solide essentiellement sèche, fluide (c'est-à-dire qui s'écoule librement) comprenant des micro- capsules à plusieurs compartiments ayant peu ou pas tendance à s'agglomérer ou coller ensemble et qui contiennent de multiples gouttelettes d'huile complètement enrobées par le liant des microcapsules. Si l'on utilise une charge selon les quantités indiquées ci-dessus comme constituant la gamme préférée, la capsule formée présente une épaisseur de pa- roi qui protège la ou les vitamines d'un contact physique direct avec la surface environnante. Les exemples non limitatifs suivants, dans les- quels tous les pourcentages sont en poids, permettent de mieux comprendre l'invention. Exemple 1 On mélange de façon poussée à la température ambiante 100 parties d'une solution à 2 A d'alginate de sodium (Sigma Chem. Co.) avec 100 parties d'une solution à 24 %' de dextrane (Sigma Chem. Co.) pour produire une pha- se aqueuse homogène. On ajoute ensuite à la solution 5 par- ties d'huile de vitamine A (préparation du commerce) et l'on émulsifie le mélange des deux phases dans un homogénéisateur (Tekmar) pour former une émulsion du type huile-dans-eau dans laquelle les gouttelettes d'huile ont de façon générale de 1 à 3 micromètres. On fait passer l'émulsion dans un capil- laire disposé à quelques centimètres au-dessus d'une solu- tion méthanolique contenant 2,5 de chlorure de calcium. Lors de leur entrée dans la solution alcoolique, les gout- telettes sphériques de l'émulsion se gélifient immédiatement pour former des microperles essentiellement insolubles dans l'eau et dans l'alcool et qui contiennent de multiples gout- telettes de l'huile vitaminique. Un lavage subséquent dans du méthanol et un séchage sous vide à la température am- biante donnent des microperles sphériques, fluides et de couleur jaune pâle, contenant de la vitamine A encapsulée. On constate à l'examen au microscope que les capsules présentent en coupe un liant d'enrobage de la capsule, homogène, présentant de multiples compartiments et entourant complètement plusieurs gouttelettes d'huile. Généralement, chaque compartiment est séparé. Exemple 2 On répète le mode opératoire de l'exemple 1, sauf que l'on utilise de l'huile vitaminique contenant à la 24937- 1 fois de la vitamine A et de la vitamine D, à la place de l'huile de vitamine A de l'exemple 1. On déshydrate les petites perles et on les lave avec de l'alcool isopropyli- que, et l'émulsion que l'on forme contient 10 'O de carboxy- cellulose sodique. Ce mode opératoire donne des micro- capsules essentiellement identiques à celles de l'exemple 1, mais comportant un nombre accru de gouttelettes d'huile encapsulée. Exemple 3 On mélange 100 parties de la solution à 2 ô d'alginate de sodium de l'exemple 1 avec 2 parties d'huile végétale. Après l'émulsification, il se forme des gouttelet- tes que l'on immerge dans une solution méthanolique à 2,5 de CaCl2. On collecte les microperles, on les lave deux fois dans du méthanol et on les sèche sous vide. Les micro- capsules résultantes comprennent plusieurs gouttelettes d'huile végétale enrobées dans une mince pellicule d'alginate de calcium. Il ressort de la description ci-dessus que le procédé de l'invention convient bien pour produire des micro- capsules contenant essentiellement n'importe quelle huile ou substance soluble dans les huiles (substances oléosolubles ou liposolubles), ce qui englobe également des substances non alimentaires. La description ci-dessus vise principale- ment l'encapsulation de vitamines destinées finalement à servir d'additifs à des- aliments. Cependant, les enseigne- ments ci-dessus permettent à l'homme de métier de remplacer les ingrédients spécifiquement décrits ici par d'autres in- grédients lorsqu'ils cherchent à encapsuler d'autres huiles ou d'autres matières solubles dans les huiles. Il va donc de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être ap- portées au procédé et à la composition décrits ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Procédé pour produire des capsules mécani- quement stables, à plusieurs compartiments, contenant une matière nutritive ou une matière nutritionnelle soluble dans les huiles, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: A) former une émulsion comprenant une solution aqueuse mixte d'un alginate de métal alcalin et d'une subs- tance hydrosoluble, insoluble dans les alcools et non toxi- que, et une phase huileuse dispersée contenant une matière nutritive ou nutritionnelle; B) donner à cette émulsion la forme de goutte- lettes séparées; C) immerger les gouttelettes dans une solution alcoolique de cations polyvalents pour transformer les gout- telettes en des perles d'alginate insolubles dans l'eau et conservant leur forme et pour précipiter à l'intérieur des perles la substance insoluble dans les alcools et D) sécher les perles. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la substance insoluble dans les alcools est du dextrane. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre les étapes C et D, on lave les gouttelettes avec un alcool pour enlever les sels. 4. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la solution alcoolique comporte des ions calcium dissous dans du méthanol. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution alcoolique comporte un alcool choisi parmi l'alcool méthylique, l'alcool éthylique, et leurs mélanges. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance insoluble dans les alcools est un polysaccharide. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance nutritionnelle comprend une vitamine soluble dans les huiles. 8. Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la substance nutritionnelle est choisie parmi la vitamine AS la vitamine D, la vitamine E et leurs mélan- ges. r 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alginate de métal alcalin est l'alginate de sodium. 10. Procédé pour produire des capsules mécanique- ment stables, comportant plusieurs compartiments et Contenant au moins une vitamine soluble dans les huiles, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: A) former une émulsion comprenant une phase continue comprenant une solution aqueuse mixte d'alginate de sodium et de dextrane, et une phase huileuse dispersée contenant une vitamine B) donner à cette émulsion la forme de goutte- lettes séparées; C) immerger les gouttelettes dans une solution alcoolique d'ions calcium pour transformer les gouttelettes en des perles d'alginate conservant leur forme et pour précipiter le dextrane à l'intérieur des gouttelettes; et D) sécher les perlesO 11. Procédé selon la revendicati:rn 10, caracté- risé en ce que, entre les étapes C et D, on lave les gout- telettes avec un alcool pour enlever les ions sodium et calcium. 12. Procédé selon la revendication 10, caracté- risé en ce que la solution alcoolique comporte du méthanol. 13. Procédé pour encapsuler une substance oléo- phile ou liposoluble dans un liant mécaniquement stable, essentiellement insoluble dans l'eau et présentant plusieurs compartiments, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: A) former une émulsion comprenant une phase continue constituée d'une solution aqueuse d'un alginate de métal alcalin, et une phase huileuse dispersée; B) donner à cette émulsion la forme de goutte- lettes séparées; 249310 1 il C) immerger les gouttelettes dans une solution alcoolique de cations polyvalents pour transformer les gouttelettes en des perles d'alginate conservant leur for- me; et D) sécher les perles. 14. Procédé selon la revendication 13, caracté- risé en ce que l'alginate est de l'alginate de sodium, et la solution alcoolique est ou comprend une solution de chlo- rure de calcium dans du méthanol. 15. Procédé selon la revendication 13, caracté- risé en ce que, entre les étapes C et D, on lave les perles pour en enlever les sels. 16. Procédé selon la revendication 13, caracté- risé en ce que la phase continue de l'émulsion comporte une charge hydrosoluble et insoluble dans les alcools, et en ce qu'on précipite cette charge au sein des perles d'al- ginate conservant leur forme et produites au cours de l'étape C. 17. Procédé selon la revendication 16, caracté- risé en ce que la charge est ou comprend un polysaccharide. 18. Procédé selon la revendication 17, caracté- risé en ce que le polysaccharide comporte ou est du dextrane. 19. Composition caractérisée en ce qu'elle com- prend un liant d'enrobage mécaniquement stable, consistant essentiellement en une structure d'alginate insoluble dans l'eau, contenant un cation polyvalent, et en un polysaccha- ride insoluble dans les alcools, le liant délimitant plu- sieurs compartiments qui contiennent une matière lipophile ou oléophile. 20. Composition selon la revendication 19, caractérisée en ce que la structure d'alginate comprend de l'alginate de calcium. 21. Composition selon la revendication 19, caractérisée en ce que le polysaccharide est ou comprend du dextrane. 22. Composition selon la revendication 19, caractérisée en ce que la substance lipophile est une vita- mine.