Brevet FR2703263A1 — publié le 19941007

PROCEDE DE PREPARATION DE SPHERULES DE PRINCIPES ACTIFS La présente invention concerne un nouveau procédé de stabilisation de principes actifs alimentaires et/ou médicamenteux Elle concerne aussi un procédé de préparation de sphérules de principes actifs présentant une dispersion très réduite. Parmi les principes actifs alimentaires et/ou médicamenteux utilisables pour préparer les sphérules selon l'invention, on peut citer parmi les vitamines: la vitamine A, la vitamine E, la vitamine B 12, la vitamine H ou biotine, la vitamine D 3, la vitamine PP, le vitamine K 3 ou menadione, la vitamine Bl ou thiamine, la vitamine B 2 ou riboflavine, la vitamine B 3 ou niacine, la vitamine B 5 ou acide panthoténique, la vitamine B 6 ou pyridoxine; parmi les caroténoides: le l carotène, l'asthaxanthine, la canthaxanthine; parmi Ies enzymes: la l glucanase, la xylanase. On préfère, parmi ces vitamines stabiliser les vitamines A et E. Les vitamines A et E sont largement utilisées en alimentation animale pour favoriser la croissance des animaux Les aliments pour animaux étant souvent préparés par un procédé qui consiste à former des particules par l'action conjointe de la pression et de la chaleur, les principes actifs sensibles à la chaleur et à la pression, tel que la vitamine A, ne peuvent subir cette procédure sans subir d'importantes dégradations. Afin de préserver, par exemple la vitamine A, il est connu depuis longtemps, de la protéger en la mélangeant avec des protéines réticulées en présence d'un aldéhyde. Divers procédés de réticulation des protéines en présence ou en l'absence de la vitamine A ont été décrits La réticulation des protéines en présence de vitamine A ou E pose un problème supplémentaire par rapport à la réticulation en l'absence de vitamine A ou E La vitamine A sous forme acétate ou la vitamine E sont des produits huileux qui ne se mélangent avec les protéines et leur agent de réticulation que sous la forme d'une émulsion huile dans eau qui n'est jamais facile à manipuler. La réticulation de la protéine exige en plus un chauffage pendant une période relativement longue, ce qui n'est pas favorable à la stabilité de ces vitamines. Un premier procédé de réticulation de la gélatine en présence d'acétaldéhyde pour protéger la vitamine A est par exemple proposé dans le brevet EP 261 616 Dans ce brevet, on réalise un mélange "intime" contenant la protéine, un alcool miscible à Veau, l'acétaldéhyde et environ 5 % d'eau et la vitamine A, dans ce mélange, dit "intime", la vitamine A se présente sous forme de gouttes de moins de 10 microns Ce mélange est lyophilisé de façon à obtenir des particules solides de diamètre compris entre 100 et 800 microns Les particules solides sont ensuite soumises à des vapeurs d'acétaldéhyde pendant une période d'environ 3 heures à une température comprise entre 50 et 600 C. Cette méthode de préparation ne peut être réalisée selon un procédé continu car elle est réalisée en deux étapes, chacune d'entre elles exigeant un type d'appareil différent, un lyophiliseur et un appareil de pulvérisation La lyophilisation est parmi ces deux étapes, létape la plus couteuse car elle a toujours une productivité extrêmement limitée ce qui rend le produit obtenu très onéreux. Un deuxième procédé de préparation de sphérules de vitamine A est décrit dans le brevet EP 285 682 Selon ce procédé on prépare une émulsion contenant la vitamine, de l'eau, de la gélatine et un sucre que l'on transforme en gouttes par pulvérisation, ces gouttes sont mises en contact individuellement avec une poudre de cellulose qui doit présenter des caractéristiques bien particulières, cette mise en contact de chacune des gouttes avec la poudre de cellulose est réalisée selon différentes techniques jusqu'à durcissement des gouttes Ensuite les gouttes durcies sont séparées de la poudre de cellulose par tamisage, le tamis retenant les gouttes durcies et laissant passer la poudre ce qui entraine un choix stricte de la dimension granulométrique de la poudre de cellulose et surtout une difficulté sur sa nature à ne pas s'agglomérer durant la mise en oeuvre du procédé Les gouttes durcies sont ensuite séchées puis soumises à une opération de chauffage afin d'assurer la réticulation de la gélatine par réaction des groupes aminés de la gélatine avec les fonctions carboxyliques du sucre Ce procédé est particulièrement difficile à mettre en oeuvre car il exige un choix strict des matières utilisées et une surveillance particulièrement étroites des conditions de mise en oeuvre du procédé. La présente invention a permis de résoudre les problèmes laissés par l'ensemble de l'art antérieur et a surtout permis d'atteindre un procédé très facile à mettre en oeuvre. Elle consiste, dans une première étape, à former des sphérules par division contrôlée, notamment par passage dans un mélangeur: d'un premier mélange à base d'une émulsion primaire huile dans l'eau constituée d'une charge alimentaire ou médicamenteuse, d'une protéine, d'eau et d'huile, et d'un solvant non miscible à leau puis à séparer les sphérules obtenues. Les principes actifs alimentaires ou médicamenteux sont de préférence choisis parmi les vitamines sous forme huileuse choisies par exemple parmi la vitamine A ou la vitamine E ou parmi des principes actifs dissous ou dispersés dans une huile alimentaire Les huiles alimentaires sont choisies par exemple parmi les huiles végétales ou animales telles que l'huile d'arachide, de tournesol, de colza, de foie de morue. La solution huileuse peut éventuellement contenir un ou plusieurs agent antioxydant tel que le tertiobutyl-3 hydroxy-4 anisole (BHA), le ditertiobutyl- 3,5,hydroxy-4 toluène (BHT), l'éthoxy-6 dihydroxy-1,2 triiméthyl-2,2,4 quinoléine (éthoxyquine), le tertiobutyl-2 dihydroxy-l,4 benzène (vendu sous la marque EMBANOX), ainsi que la vitamine E Cette solution peut aussi contenir un ou plusieurs agents tensioactifs choisis notamment parmi le thiodipropionate de dilauryle vendu sous la marque Irganox, un stéarate alcalin ou alcalinoterreux, le stearoyl-2 lactylate de sodium ou de calcium, la carboxyméthylcellulose. Selon une meilleure manière de mettre en oeuvre l'invention pour la formation de sphérules de vitamine A, la solution huileuse de vitamine a la composition pondérale suivante: acétate de vitamine A 70 à 80 % agent antioxydant 10 à 30 % tensioactif O à 5 % La protéine est mise en solution dans l'eau On préfère utiliser la gélatine. Cette solution peut aussi éventuellement contenir un agent tensioactif, choisi notamment parmi les tensioactifs précédemment cités. La solution aqueuse de la protéine est de préférence une solution aqueuse contenant environ 10 à 60 % (de préférence 20 à 30 %) en poids de gélatine et contenant éventuellement environ 10 à 60 % (de préférence 10 20 %) en poids de sucre (glucose, lactose, fructose, saccharose, maltodextrine) ou de glycérol. L'émulsion primaire est formée par dispersion de la solution huileuse contenant les principes actifs alimentaires et/ou médicamenteux dans la solution aqueuse contenant la protéine à une température supérieure au point de gélification de la solution. L'émulsion primaire est de préférence réalisée par mélange d'environ 10 à % en poids de solution huileuse et de 70 à 90 % en poids de solution aqueuse de la protéine D'autres mélanges, contenant des quantités différentes de chacune des solutions, sont bien sûrs réalisables, ils ne sortent pas du cadre de linvention, les quantités préconisées n'étant que préférentielles. Le solvant non miscible à l'eau utilisé pour former les sphérules est choisi de préférence parmi les solvants aliphatiques contenant 4 à 8 atomes de carbone On préfère particulièrement utiliser une coupe aliphatique contenant 6 atomes de carbone Il peut aussi contenir un agent tensioactif tel qu'un ester de saccharose ( 0,1 à 1 % G). Après formation des sphérules, on peut utiliser un agent de réticulation de la protéine qui est choisi, par exemple, parmi 'acétaldéhyde, le glutaraldéhyde, le glyoxal L'agent de réticulation éventuellement utilisé peut être mis en oeuvre à l'état pur ou en solution aqueuse selon une concentration comprise entre 5 et 20 %. Les différents procédés de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits. Selon un premier procédé de mise en oeuvre représenté sur la figure 1/3, la formation des sphérules est réalisée par introduction dans un mélangeur (R 1) muni d'une turbine tournant à une vitesse suffisante pour réaliser la dispersion souhaitée de lémulsion primaire ( 1) dans le solvant non miscible à l'eau ( 2) contenant éventuellement un émulsifiant Ce réacteur est maintenu de préférence à une température comprise entre 350 C et 70 'C, et encore plus préférentiellement entre C et 550 C. Par débordement du réacteur de granulation ou par tout autre moyen, on introduit les sphérules formées précédemment dans un réacteur de refroidissement- réticulation (R 2) maintenu à environ 20 'C et agité par une turbine de façon à éviter la coalescence des sphérules, dans ce réacteur on introduit éventuellement l'agent de réticulation ( 3). La formation des sphérules et leur réticulation peut être réalisée selon un procédé continu par exemple à l'aide d'une série de réacteurs en cascade dont le remplissage se fait par débordement du réacteur en amont vers le réacteur en aval ou par un procédé discontinu II est bien évident qu'un procédé continu présente des avantages économiques notables. Selon un deuxième procédé de mise en oeuvre, la formation des sphérules est réalisée selon la figure 2/3 par passage dans un mélangeur statique de la première émulsion ( 1) et du solvant ( 2) On adaptera la vitesse et la température de la première émulsion et du solvant à la dimension des sphérules que l'on souhaite obtenir Le rapport des phases volumiques émulsion primaire sur solvant est compris entre 0,2 et 1. Le mélangeur statique est constitué d'un tube contenant des pièces métalliques entrecroisées Parmi les types de mélangeur statique utilisables en peut citer ceux vendus sous la marque SULZER tel que décrit dans le brevet français publié sous le numéro 2 468 401 Ce type d'appareillage est utilisé pour réaliser des mélanges homogènes de différents fluides et des mélanges intimes de produits visqueux dans un produit de moindre viscosité Ce type d'appareil n'a jamais été utilisé à ce jour pour former des sphérules ayant un diamètre de 100,um à 500 ffm à partir d'une émulsion primaire visqueuse ayant un diamètre moyen de l'ordre de 1 I un et d'un solvant non miscible Il est tout à fait étonnant qu'un mélangeur statique utilisé jusqu'à ce jour pour obtenir des mélanges intimes puisse permettre d'obtenir des sphérules ayant un diamètre moyen fixé entre 100 lum et 500 jlm et présentant une faible dispersion. Les sphérules à la sortie du mélangeur statique (voir figure 3/3) sont refroidies jusqu'à environ la température ambiante sous agitation dans une réacteur R 1 de façon à éviter leur coalescence On ajoute ensuite éventuellement l'agent de réticulation ( 3) de la protéine dans un réacteur R 2 puis on sépare les sphérules par filtration. L'ensemble des procédés décrits permet une production continue de sphérules de principes actifs alimentaires et/ou médicamenteux dans des appareils de petites tailles et n'exige pas d'étape de séchage avant de procéder à la réticulation et n'exige pas, non plus, la présence de matière pulvérente différente de la composition recherchée Il présente donc un énorme avantage par rapport à l'ensemble des procédés connus à ce jour. La présente invention sera plus complètement décrite à l'aide des exemples suivants qui ne doivent pas être considérés comme limitatifs de l'invention. EXEMPLE SOLUTION AOUEUSE DE LA PROTEINE Dans un réacteur de 50 litres agité avec une turbine disperseuse tournant à 450-500 tours/minute, on introduit: 14,2 litres d'eau 1 kg de glycérine On chauffe à 60 'C Sous agitation, on ajoute: 3, 7 kg de lactose 6,2 kg de gélatine On continue à agiter pendant 35 minutes à 60 'C. SOLUTION DE LA CHARGE ALIMENTAIRE Dans un réacteur, on mélange la charge vitaminée constituée de: 2,92 kg de vitamine A sous forme acétate 0,75 kg de BHT 0,23 kg d'Irganox M On chauffe l'ensemble à environ 60 'C et on le verse dans le réacteur précédent dans lequel la turbine est portée à 3000 tours/minute On continue à agiter pendant 20 minutes en maintenant à 601 C On obtient une émulsion dont le diamètre, des particules est d'environ un micron. PREPARATION DU SOLVANT On dissout 1,6 g d'ester de saccharose dans 1 litre d'isohexane. ler PROCEDE DE MISE EN OEUVRE DE L'INVENTION APPAREILLAGE (FIGURE 1/3) Le réacteur de granulation (R 1) est un réacteur en verre de 0,5 1 possédant une double enveloppe et équipé d'une turbine RAYNERI tournant à une vitesse de 800 à 1000 tours/minute. Le réacteur de refroidissement-réticulation (R 2) est un réacteur en verre, muni d'une double enveloppe de 0,51 équipé d'une turbine RAYNERI tournant à 500 tours/minute. L'émulsion est stockée dans un réacteur de 5 litres maintenu à 60 C. Le solvant est stocké dans un réacteur de 10 litres maintenu à 50 C. On introduit dans le réacteur de granulation (R 1) 250 ml de solvant puis on alimente l'émulsion préparée précédemment à un débit de 1,7 litre par heure. Après 5 minutes d'agitation, on alimente le solvant à un débit de 3,4 litres par heure Quand le volume atteint 350 ml dans R 1, le réacteur déborde dans le réacteur (R 2) de refroidissement-réticulation qui est un réacteur de 0,5 litre en verre contenant 400 mi de solvant La température dans R 2 est régulée à 20 C par circulation d'eau froide dans la double enveloppe Dès que le réacteur (R 2) déborde par le trop plein, on introduit en continu dans (R 2) une solution aqueuse de glutaraldéhyde ( 16,7 % en poids) à un débit de 50 ml/heure. Les particules réticulées ainsi obtenues sont isolées par filtration puis séchées en lit fluidisé La granulométrie des particules présente les caractéristiques suivantes: Diamètre moyen: 320 rnm Indice de dispersion: 0,344 Sphérules supérieures à 500 pm = 4,3 % Sphérules inférieures à 100 lim = 4,9 % On entend par indice de dispersion le résultat de la différence entre le diamètre o 84 % des particules passent et le diamètre o 16 % des particules passent, divisé par deux fois le diamètre moyen. 2 ème PROCEDE DE MISE EN OEUVRE DE L'INVENTION APPAREILLAGE (Figures 2/3 et 3/3) L'émulsion est introduite (figure 3/3) dans un récipient ( 1) sous agitation et le solvant dans un un autre récipient ( 2). L'émulsion est indroduite dans le mélangeur statique (figure 2/3) en ( 1) à un débit d'environ 1,2 litre par heure et le solvant en ( 2) à un débit de 4 litres par heure. Le mélangeur est chauffé à une température d'environ 50 C par circulation d'eau chaude dans une double enveloppe. Le mélangeur se présente sous la forme d'une colonne garnie de pièces métalliques, ayant un diamètre de 4 mm et une hauteur d'environ 4 cm. A la sortie du mélangeur statique (figure 3/3), l'émulsion est entrainée vers un réacteur (R 1) de refroidissement o une agitation est maintenue de façon à éviter la coalescence des particules jusqu'à ce que la température atteigne environ 20 C. L'émulsion est ensuite entraînée vers un réacteur (R 2) ou une solution aqueuse de l'agent de réticulation à 17 % est ajoutée en continu à raison de 0,68 g de glutaraldéhyde pour 100 g d'émulsion. Les particules réticulées sont séparées par filtration puis séchées en lit fluidisé. La granulométrie des particules présente les caractéristiques suivantes: Diamètre moyen = 315 pun Indice de dispersion = 0,30 Particules supérieures à 500 lm = 1,1 % Particules inférieures à 100 pm = 1,2 % REVENDICATIONS i Procédé de préparation de sphérules d'un ou de plusieurs principes actifs alimentaires ou médicamenteux caractérisé en ce que dans une première étape on forme des sphérules par division contrôlée d'une émulsion primaire d'huile dans Peau constituée d'une charge alimentaire ou médicamenteuse, d'huile, d'une protéine et d'eau dans un solvant non miscible à l'eau puis dans une deuxième étape on sépare les sphérules obtenues. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la charge alimentaire contient des vitamines choisies parmi les vitamines A, E, D 3, B 12, H, K 3, PP, B 1, B 2, B 3, B 5, B 6. 3 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la protéine est la gélatine. -4 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'huile est choisie parmi la vitamine A, la vitamine E, l'huile de colza, l'huile d'arachide, de tournesol ou de foie de morue. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'émulsion contient en plus un agent antioxydant choisi parmi le tertiobutyl-3 hydroxy-4 anisole, le ditertiobutyl-3,5 hydroxy-4 toluène, l'éthoxy-6 dihydroxy-l,2 triméthyl-2,2,4 quinoléine et le tertiobutyl-2 dihydroxy-1,4 toluène. 6 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'émulsion contient en plus un agent tensioactif choisi parmi le thiodipropionate de dilauryle, un stéarate alcalin ou alcalinoterreux, le stéaroyl-2 lactylate de sodium ou de calcium, ou la carboxyméthylcellulose. 7 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le solvant est choisi parmi les solvants aliphatiques contenant 4 à 8 atomes de carbone. 8 Procédé selon rune quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que rémulsion primaire est formée par mélange d'une solution huileuse à base ou contenant un ou plusieurs principes actifs et éventuellement un ou plusieurs agents antioxydants et d'une solution aqueuse contenant la protéine, et éventuellement un ou plusieurs agents tensioactifs. 9 Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'émulsion primaire est formée par un mélange d'environ 10 à 30 % en poids de la solution huileuse et de 70 à 90 % en poids de la solution aqueuse. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'avant de procéder à la séparation des sphérules on effectue une étape de réticulation. 11 Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que ragent de réticulation est choisi parmi l'acétaldéhyde, le glutaraldéhyde, le glyoxal. 12 Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'agent de réticulation est constitué par une solution aqueuse contenant 5 à 20 % en poids d'agent de réticulation ou le produit pur. 13 Procédé de préparation de sphérules présentant un diamètre compris entre 100 Mrn et 500 pmn selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'elles sont formées par introduction dans un mélangeur statique ou dans un mélangeur agité de l'émulsion contenant le ou les principes actifs, la protéine et l'eau et d'un solvant non miscible à l'eau.