Brevet FR2575040A1 — publié le 19860627

La présente invention concerne de nouvelles compositions pour l'enrobage des additifs alimentaires destinés aux ruminants qui sont stables dans un milieu dont le pH est égal ou supérieur a 5,5 et qui permet la libération de l'additif alimentaire dans un milieu dont le pH est inférieur ou égal à 3,5. En particulier, lorsqu'on administre à des ruminants certaines substances biologiquement actives (médicaments, aliments enrichis), il se produit lors du passage dans le rumen une destruction enzymatique de ces substances favorisée par le temps de séjour (quelques heures a plusieurs jours) et par le pH (compris entre 5 et 6). I1 importe donc de pouvoir protéger ces substances biologiquement actives par des enrobages qui soient stables à un pH supérieur ou égal à 5, c'est-à-dire qui soient stables dans la panse des ruminants, qui résistent à la dégradation par les microorganismes et qui permettent la libération des substances biologiquement actives dans une partie de l'appareil digestif, plus particulièrement dans la caillette, dont le pH est inférieur ou égal à 3,5. Alors que la durée de protection dans la panse doit être relativement longue (plusieurs heures à quelques jours), la libération de la substance active dans la caillette doit s'effectuer en un temps relativement court (de quelques minutes à 1 ou 2 heures). Pour obtenir de tels résultats, il est avantageux de pouvoir disposer d'enrobages pour les substances actives dont la structure et la composition sont telles qu'ils sont insolubles dans le rumen à un pH compris entre 5 et 6, mais solubles, dispersés ou fortement gonflés dans la caillette à un pH inférieur à 3,5 pour libérer la substance active. I1 a été proposé, pour la réalisation de tels enrobages, d'utiliser, entre autres, des copolymères de l'anhydride maléfique avec un autre monomère, modifiés par action d'une diamine primaire - tertiaire sur les groupements anhydrides, formant ainsi des groupes imides aminés qui apportent la solubilité souhaitée (brevet francais FR 1536774). Des dérivés cellulosiques aminés sont égalelement connus ; ils sont obtenus à partir d'un dérivé non saturé de la cellulose (éther, ester) sur lequel on fait réagir un composé azoté contenant un atome d'hydrogène mobile, tel que la pipéridine, la morpholine ou une amine secondaire (brevet français FR 69 30562/ 2081 320). Par ailleurs,- dans les brevets anglais GB 1137214, australien AU 454117 et belge BE 865654 et la demande sud-africaine SA 70 04813 ainsi que dans les brevets franchais FR 74 331081 2 246 572 et américain US 3 341 505 sont décrits des copolymères de a) un monomère éthylénique neutre comme l'acrylate ou le méthacrylate de méthyle, le styrène, l'acrylonitrile, l'acétate de vinyle, et b) un monomère déthylénique portant un groupement azoté basique comme l'acrylate ou le méthacrylate de diéthylaminoéthyle, l'acrylate ou le méthacrylate de t. butylaminoéthyle, le méthacrylate de morpholinoéthyle ou les vinylpyridines. Pour enrober des aliments destinés à la nourriture des ruminants, il a été proposé d'utiliser des copolymères styrène vinyl pyridine contenant des substances hydrophobes choisies parmi les acides gras contenant 10 à 32 atomes de carbone, des acides polycarboxyliques comprenant 10 à 22 atomes de carbone par groupe carboxyle qui améliorent la protection en diminuant la susceptibilité globale de la pellicule d'enrobage aux milieux aqueux de caractère faiblement acide (brevet francais FR 78 23966/2401620) Dans de telles compositions d'enrobage, la substance hydrophobe permet de diminuer la mouillabilité du polymère mais elle reste sans influence sur la libération du principe actif en milieu acide. Dans le brevet français FR 81 13954/2514261 a été décrit un enrobage constitué d'une copolymère sensible aux variations du pH, choisi parmi les copolymères du styrène avec les vinylpyridi- nes, et d'un polymère non hydrosoluble insensible aux variations du pH, choisi parmi l'acétobutyrate de cellulose, l'éthylcellulose et le propionate de cellulose, ce dernier favorisant la libération de la substance active à un pH compris entre 1 et 2,5 et permettant de diminuer l'extractibilité de la substance active en milieu aqueux. Il a maintenant ete trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, que l'on peut enrober efficacement des substances actives en vue de les administrer à des ruminants au moyen diune composition constituée essentiellement d'un système liant à hydrophilie controlée, légèrement sensible aux variations du pH associé à une ou plusieurs substances très sensibles aux variations du pH. Dans le cadre de la présente invention, il est entendu que la différence de sensibilité au pH doit se situer dans une zone comprise entre pH = 1 et pH = 7. La sensibilité au pH peut etre caractérisée par une modification des propriétés physiques et/ou chimiques des substances entre des valeurs du pH supérieures ou égales à 5 et inférieures ou égales à 3,5. La modification considérée est variable selon les substances. Dans le cas d'un polymère, il peut s'agir du gonflement qui peut aller jusqu a une solubilité totale ou de la vitesse de diffusion de l'eau ou de solutions aqueuses. Dans le cas de substances solides minerales ou organiques, il peut s'agir de la variation de la solubilité ou de la vitesse de solubilisation. Dans le cas de substances liquides, il peut s'agir de variation de la miscibilité. Pour la réalisation des compositions d'enrobage selon l'invention, le liant légèrement sensible aux variations du pH est généralement un polymère filmogène non-hydrosoluble qui présente la propriété d'avoir un taux de gonflement suffisant dans un milieu dont le pH est inférieur à 3,5 de façon à permettre la diffusion de l'eau et des solutions salines dans le système afin de solubiliser les substances sensibles aux variations du pli et de pouvoir ainsi libérer la substance active. D'un intérêt tout particulier est un système liant constitué de zéine, protéine isolée du gluten de mais dont le point isoélectrique est de 6,2, qui peut etre utilisée seule ou associée à des substances non-hydrosolubles et filmogènes choisies parmi les matières grasses, les paraffines, les cires naturelles (cire de Carnauba, cire d'abeilles), les cires synthétiques (cires de polyéthylène) et des polymères tels que le polyéthylène, le polyi sobutylène, le polyacétate de vinyle et les dérivés cellulosiques non hydrosolubles. Il est particulièrement avantageux d'utiliser des système mes liants constitués de zéine associée à des dérivés non hydroso lubles de la cellulose tels que l'éthylcellulose ou l'acétobutyrate de cellulose. Dans un tel système, la proportion pondérale de zéine est généralement supérieure à 50 Z. Les substances sensibles aux variations du pE peuvent être d'origine diverses. Elles sont généralement choisies parmi les charges minérales, les molécules aminées simples et les polymères basiques. Parmi les charges minérales peuvent être tout particulierement cités les sels minéraux dont la solubilité est très faible en milieu neutre et élevée en milieu acide comme le carbonate de calcium et les polymères minéraux qui se caractérisent par des vitesses très différentes de dépolymérisation et de solubilisation dans l'eau en fonction du pH tels que les polyphosphates complexes de sodium, potassium, calcium, magnésium et aluminium. Parmi les substances aminées simples peuvent être citées les amines, les amines grasses, les dérivés d'acides aminés ou de protéines basiques, les dérivés hydrophobes de l'acide nicotinique et ltethosy- quine (éthoxy-6 dihydro-1,2 triméthyl-2,2,4 quinoléine).Parmi les polymères basiques peuvent etre cités les polymères- et copolymères contenant au moins un groupement amino basique et dont la teneur en azote est comprise entre 2 et 14 Z tels que les dérivés aminés de la cellulose, les polymères et copolymères des dérivés aminés des acides acrylique, méthacrylique et crotonique et les copolymères du styrène ou de l'acrylonitrile avec les isomères ou les dérivés de la vinylpyridine tels que la vinyl-2 pyridine, la vinyl-4 pyridine ou la méthyl-2 vinyl-5 pyridine et les polymères et copolymères des acrylates et méthacrylates N-alcoylés. Les substances sensibles aux variations du pli sont généralement utilisées soit sous forme de poudres dont la granulométrie varie selon l'épaisseur de la pellicule enrobante que l'on veut obtenir et selon la nature de la substance à enrober, soit sous forme soluble ou miscible. Dans les compositions d'enrobage selon la présente invention, la quantité de liant représente généralement de 40 à 95 Z en poids de la composition. Selon la présente invention, les compositions d'enrobage, en dehors du liant et de la substance sensible aux variations du pH, peuvent contenir des adjuvants dont le rôle est de faciliter la mise en oeuvre des techniques de préparation de ces compositions ou d'améliorer les caractéristiques physico-chimiques. I1 peut etre avantageux d'ajouter des agents plastifiants (triacétine, propylèneglycol), des agents lubrifiants (stéarate de magnésium), des agents antistatiques (triglycérides à chaînes polyoxyéthylénées), des agents anti-mottants (silice, carbonate de calcium), des agents fongicides, des agents émulsifiants (esters de sorbitan oxyéthylénés, sucroglycérides), des agents de compatibilisation (gommes naturelles ou semi-naturelles comme des polysaccharides tels que les alginates, la gomme adragante, les pectines, les carraghénates, la gomme xanthane), des éthers cellulosiques (carboxyméthyl-, méthyl- ou hydroxypropyl- cellulose) ou des charges minérales telles que des sels minéraux, du sucre, de l'amidon ou des protéines. Ces divers adjuvants ne représentent généralement que quelques pourcents en poids de la composition d'enrobage. Les compositions selon l'invention peuvent être obtenues en dispersant ou en dissolvant la substance sensible aux variations du pH éventuellement associée à un adjuvant dans une solution ou une dispersion du liant dans un solvant organique ou dans un mélange de solvants organiques convenables choisis en fonction de la nature spécifique du liant. Généralement, la composition d'enrobage est obtenue après évaporation du ou des solvants. Dans certains cas, pour la mise en oeuvre de substances organiques ou minérales sensibles aux variations du pH sous forme pulvérulente, il peut être avantageux d'effectuer un pré-enrobage avec des adjuvants décrits ci-dessus dans le but d'adapter l'interface charge-liant pour améliorer, par exemple, l'étanchéité du système en milieu neutre ou pour la diminuer en milieu acide. Les compositions d'enrobage selon la présente invention sont particulièrement utiles pour protéger des substances thérapeutiques ou nutritives diverses telles que des médicaments, des vitamines ou des amino-acides destinés à être administrés par voie orale à des ruminants. Ces substances enrobées sont généralement mélangées à la nourriture des animaux. Les substances thérapeuti- ques ou nutritives peuvent se présenter sous forme solide ou liquide. Les substances enrobées sont de préférence des granulés sous forme de microcapsules constituées d'un noyau central entouré d'une pellicule continue de la composition d'enrobage. Cependant les substances actives peuvent aussi être dispersées dans la composition d'enrobage. En général, la substance active représente de 40 à 95 Z en poids du granulé ou de la dispersion. La présente invention concerne également les substances biologiquement actives enrobées ou dispersées dans une composition d'enrobage décrite précédemment. Les granulés peuvent être obtenus par application des techniques connues. Selon la nature de la composition d'enrobage, et plus particulièrement de celle du liant non hydrosoluble, on utilise soit des techniques d'extrusion ou de pulvérisation de solutions ou d'émulsions en lit fluidisé, soit des techniques d'encapsulation en milieu fondu ou semi-fondu, soit des techniques d'enrobage en milieu liquide telle que la coacervation. La présente invention concerne également l'encapsulation d'un noyau liquide constitué, par exemple, d'une solution concentrée de la substance active dans l'eau ou dans un solvant organique approprié. Les granulés obtenus selon la presente invention sont stables au stockage ee lors des manipulations, ne se détériorent pas lors de la confection des aliments pour animaux et ne sont pas détruits lors de leur absorption par les animaux et en particulier par écrasement ou par broyage lors de la mastication. La taille des granulés sera fonction de l'utilisation qui doit en être faite et plus particulièrement elle sera déterminée en fonction de l'animal auquel ils sont destinés. I1 est possible d'enrober des substances actives pour obtenir des granulés dont la taille est comprise entre 0,1 et 5 mm. D'un intérêt tout particulier sont les granulés qui contiennent comme substances actives la méthionine, la lysine ou des, vitamines (vitamine t) dont le rôle est très important dans l'alimentation des animaux et plus spécialement des ruminants. Pour mettre en évidence la sensibilité des compositions d'enrobage selon l'invention aux variations du pli, des tests sont utilisés qui permettent de mesurer le relargage de la matière active en fonction du temps à différentes valeurs du pH et notim- ment, à pli = 6 et pH = 2. Un test consiste a réaliser dans un film de la composition d'enrobage un disque sur la face supérieure duquel est placée une quantité connue de matière active, 11 autre face étant en contact avec la surface d'une solution' aqueuse tamponnée agitée magnétiquement. a quantité de substance active relarguée dans la solution aqueuse est déterminée à partir de prélèvements le le échantillon étant testé d'abord à pH = 6 puis à pH = 2. Un autre test consiste à placer entre 2 disques itenti- ques de la composition d'enrobage une quantité connue de substance active. Cet ensemble, dont l'étanchéité est assurée par serrage des bords, est immergé dans une quantité déterminée d'une solution aqueuse tamponnée agitée magnétiquement. La quantité de substance active relarguée est contrôlée à partir du prélèvement à pH = 6 puis consécutivement à pli = 2. Le relargage de la substance active sous forme de granules ou de microcapsules est examiné en agitant, dans des conditions déterminées, une quantité connue de granulés ou de microcapsules dans le milieu tamponné maintenu à pH constant à une température de 400C. On compare les vitesses de relargage d'un échantillon souiis à différentes valeurs du pH, notamment à pli = 6 et à pi = 2. Les exemples suivants, donnés à titre ,non limitatif, illustrent les compositions d'enrobage selon la présente invention ainsi que leur utilisation pour la préparation de matières actives enrobées. EXEMPLE 1 On dissout 10 g de zéine dans un mélange agité constitué de 20 cm3 d'éthanol et de 20 cm3 de dichlorométhane à une température voisine de 200C. Dans la solution obtenue on disperse, pilous forte agitation, 4 g de carbonate de calcium (calcite) dont la granulométrie moyenne est de 1 à 2 microns. On coule sur une plaque de verre horizontale un film dont l'épaisseur est de 350 microns. Après évaporation du solvant à une température voisine de 200C suivie d'un séchage à 400C sous pression réduite (20 mm de mercure ; 2,7 kPa) pendant 1 heure 40 minutes, on obtient un film opaque dont l'épaisseur est de 54 microns. On découpe dans ce film, à ltemporte-piece, un disque de 30 mm de diamètre sur lequel on dépose, sur la face supérieure, 100 mg de méthionine (qualité "feed-grade"). La face inférieure du disque est maintenue au contact d'une-solution aqueuse tamponnée agitée magnétiquement. La quantité de méthionine relarguée est contrôlée sur des prélèvements, le morne échantillon étant testé d'abord à pli w 6 puis à pH = 2 sans séchage intermédiaire, Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 1. EXEMPLE 2 On opère comme dans l'exemple 1 mais en remplaçant la poudre de carbonate de calcium par 4 g d'un polyphosphate complexeà base de Na2O, CaO, P205 et A1303, dont la granulométrie moyenne est de 5,7 microns et qui est caractérisé par un rapport de vitesses de solubilité à pH = 2 et à pH = 6 de tordre de 400. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 1. EXEMPLE 3 A titre de comparaison, on prépare, dans les conditions de l'exemple 1, un film constitué de zéine seule. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 1. TABLEAU 1 : EXEMPLES : RELARGAGE A pH = 6 : RELARGAGE A pH = 2 APRES 24 HEURES APRES 5 H. APRES 24 H. mg METHIONINE mg METHIONINE mg METHIONINE 1 1 2,5 41,6 : 2 : 2 : 6 : 34,4 : 3 : 2 : 3 : 13 EXEMPLE 4 On dissout 5 g de zéine dans un mélange constitué de 10 cm3 d'éthanol et de 10 cm3 de dichlorométhane à une température voisine de 200C. On coule sur une plaque de verre horizontale un film de 200 microns d'épaisseur. Après 1 heure de séchage à 400C sous pression réduite (20 mm de mercure ; 2,7 kPa) on obtient un film opaque de 50 microns d'épaisseur. On découpe 2 disques de 30 mm de diamètre entre lesquels on place 100 mg de méthionine (qualité "feed-grade"). L'ensemble, dont l'étanchéité est assurée par serrage sur les bords, est immergé dans 150 cm3 d'une solution aqueuse tamponnée agitée magnétiquement. Les quantités de méthionine relarguée à pH = 6 puis consécutivement à pH = 2 sont données dans le tableau 2. EXEMPLE 5 Dans les conditions de l'exemple 1, on prépare un film à partir de 5 g de zéine et de 0,5 g de triacétine. Les résultats sont donnés dans le tableau 2. EXEMPLE 6 Dans les conditions de l'exemple 1, on prépare un film à partir de 5 g de zéine, 0,5 g de triacétine et 0,5 g d'acétate de polyvinyle dont le poids moléculaire est voisin de 12 000 et dont le point de ramollissement est compris entre 60 et 700C. Les résultats sont donnés dans le tableau 2. EXEMPLE 7 Dans les conditions de l'exemple 1 > on prépare un film à partir de 5 g de zéine et de 0,5 g d'éthoxyquine. Les résultats sont donnés dans le tableau 2. TABLEAU 2 EXEMPLES : RELARGAGE A pH = 6 : RELARGAGE A pH = 2 APRES 24 HEURES APRES 2 H. APRES 5 H. mg METHIONINE mg METHIONINE mg METHIONINE 4 19 13 5 8 11 6 15 59,5 7 6 19,7 EXEMPLE 8 Selon la technique du lit fluidisé, avec une cuve équipée d'un système WURSTER, on enrobe 350 g de méthionine, préalablement granulée sous forme de particules sphériques titrant 98 Z et dont le diamètre moyen est compris entre 0,5 et 0,63 mm, par une solution/dispersion dont la composition en poids est la suivante -:: Zéine 90 g Ethylcellulose (qualité N 22 de Hercules) 30 g Triacétine 10 g Dichloro-1,2 éthane 500 cm3 Ethanol 500 cm3 Antistatique (Labrasol marque déposée Gattefossé) 3 cm3 Au bout de 3 heures, on obtient des granulés régulièrement enrobés titrant 73,6 Z en méthionine. Le relargage de la méthionine est déterminé en dispersant 8 g de granulés ainsi préparés dans 1 litre d'une solution tampon- née à 400C agitée magnétiquement et maintenue à pli constant. La quantité de méthionine relarguée est contrôlée sur des prélèvements ; les essais étant effectués à pli 9 6 et à pH 2. tes résultats sont rassemblés dans le tableau 3. EXEMPLE 9 On opère comme dans l'exemple 8 mais en ajoutant 20 g de polyphosphate de sodium, potassium, aluminium (75-90 microns). Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3. EXEMPLE 10 On opère comme dans l'exemple 8 mais en utilisant une solution d'enrobage ayant la composition suivante : Ethylcellulose (qualité N 22 de Hercules) 90 g Triacétine 10 g Dichloro-1,2-éthane 500 cm3 Ethanol 500 cm3 Antistatique 3 cm3 Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3. EXEMPtE 11 On opère comme dans l'exemple 10 mais en ajoutant 20 g de polyphosphate de sodium, potassium, aluminium (75-90 microns). Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3. EXEMPLE 12 On opère comme dans l'exemple 10 mais en utilisant une soLution/dispersion enrobante dont la composition est la suivante Zéine 90 g Triacétine 10 g Dichloro-I,2 éthane 500 cm3 Ethanol 500 cm3 Antistatique 3 cm3 Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3. EXEMPLE 13 On opère comme dans l'exemple 10, mais en ajoutant à la composition d'enrobage 20 g d'un copolymère styrène-vinyl-2 pyridine (29,5-69,5 en poids) de viscosité spécifique 0,592 mesurée à la concentration de 5 g/litre dans le diméthylformamide à 200C. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3. EXEMPLE 14 On opère comme dans l'exemple 8 mais en ajoutant à la composition d'enrobage 20 g d'un copolymère styrène-vinyl-2 pyridine identique à celui utilisé dans l'exemple 13. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3. EXEMPLE 15 On opère comme dans l'exemple 8 mais en utilisant une composition d'enrobage ayant la composition suivante Zéine 80 g Ethylcellulose 20 g Acétate de polyvinyle 10 g Triacétine 10 g Dichloro-1,2 éthane 500 cm3 Ethanol 500 cm3 Antistatique (Labrasol) 3 cm3. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3. EXEMPLE 16 On opère comme dans ltexezmple 17 mais en ajoutant à la solution d'enrobage 20 g de copolymère styrène-vinyl-2 pyridine identique à celui utilisé dans l'exemple 10. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3. TABLEAU 3 TITRE en RELARGAGE à pH = 6 RELARGAGE à pH = 2 EXEMPLE METHIONINE APRES 6 H. APRES 24 H. APRES 2 H. APRES 5 H. % % % % % 8 73,6 10,5 19 7,5 9,2 9 72,9 5,6 14,6 55 94 10 79,7 2,5 8 2,8 4,2 11 75,5 3 10 3 4 : 12 78 : 90 : 100 : 100 : 13 : 82,7 : 32,5 : 75,5 : 50 91 67 en 8mn 14 72 10 27 92 en 30mn 15 74,3 13 17 8,4 22 : 16 73,5 : 23 : 25 :97 en 15mn : REVENDICATIONS 1/ Composition pour l'enrobage d'une substance biologiquement active, ladite composition étant stable dans un milieu dont le pH est supérieur ou égal à 5 et permettant la libération de la substance biologiquement active dans un milieu dont le pH est inférieur ou égal à 3,5 caractérisé en cê qu'elle est constituée d'un système liant non hydrosoluble, filmogène, légèrement sensibles aux variations du pH associé à une ou plusieurs substances sensibles aux variations du pH choisies parmi les charges minérales et les polymères aminés basiques contenant au moins un groupement amino basique et dont la teneur en azote est comprise entre 3 et 14 Z et éventuellement d'adjuvants choisis parmi les lubrifiants, les agents antistatiques, les emulsifiants, les agents de compatibilisation et les charges minérales inertes. 2/ Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce que le liant non hydrosoluble filmogène, légèrement sensible aux variations du pH est la zéine, seule ou associée à d'autres substances non hydrosolubles et filmogènes choisies parmi les matières grasses, les paraffines, les cires naturelles ou synthétiques et les polymères non hydrosolubles. 3/ Composition selon la revendication 2 caractérisée en ce que les polymères non hydrosolubles sont choisis parmi le polyéthylène, le polyisobutylène, l'acétate de polyvinyle et les dérivés cellulosiques non hydrosolubles. 4/ Composition, selon la revendication 3 caractérisée en ce que les polymères non hydrosolubles sont choisis parmi l'acétate de polyvinyle et l'éthylceliulose. 5/ Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce que les substances sensibles aux variations du pH sont choisies parmi le carbonate de calcium, les polyphosphates de sodium, potassium, calcium, magnésium, aluminium, les dérivés aminés de la cellulose et les copolymères du styrène et de l'acrylonitrile avec les isomères ou les dérivés de la vinylpyridine, les polymères et copolymères des acrylates et méthacrylates N-alcoylés. 61 Composition selon la revendication 2 caractérisée en ce qu'elle contient au moins 50 Z de zéine associée à un polymère filmogène hydrophobe. 7/ Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce que le liant représente 40 à 95 X en poids de la composition. 8/ Granulés sous forme de microcapsules destinés à être administrés par voie orale à des animaux caractérises en ce qu'ils sont constitues d'un noyau contenant une substance biologiement active protégé par une composition d'enrobage selon l'une des revendications l à 7. 9/ Granules selon la revendication 8 caractérises en ce que la substance biologiquement active est choisie parmi des médicaments, des vitamines et des amino acides. 10/ Granulés selon la revendication 8 caractérisés en ce que la substance biologiquement active est choisie parmi la méthio- nine et la lysine.