Brevet FR2748673A1 — publié le 19971121

La présente invention a pour objet dc nouvelles microparticules formées d'une paroi de polymère réticulé contenant une matière organique, notamment un arôme, une matière pour usage pharmaceutique ou cosmétique, une substance chromogène ou luminescente. Elle concerne également un procédé de préparation dc ces microparticules et l'application des polyphosphates à la réalisation dc ces microparticules par coacervation. L'invention concerne donc en général le domaine dc l'encapsulation par coacervation complexe d'une matière organique. la coacervation complexe est généralement appliquée à l'encapsulation d'un matériau de caractère lipophile émulsionné dans une solution aqueuse de polymères destinés à former la paroi des microparticules. On sait en effet dc façon générale que lorsque deux solutions aqueuses colloïdales contenant respectivement un polymère anionique et un polymère cationique sont mélangées en présence d'un liquide en émulsion ou d'un solide en suspension, il se forme un coacervat déposé autour des noyaux liquides ou solides pour former une paroi liquide les isolant du milieu. Le durcissement in situ de cette paroi liquide par un réticulant approprié à la nature des polymères permet d'obtenir des microparticules stables en suspension. Ces microparticules sont généralement formées à base de gélatine en tant que polymère cationique et de polysaccharide en tant que pou) mère anionique. De très nombreux documents décrivent dc tclles microparticules et l'on pourra citer à titre d'exemple la demande de brevet EP-A-273 823 qui décrit un procédé de préparation de microparticules contenant un liquide hydrophobe ou un solide insoluble dans l'eau par coacervation complexe d'un mélange de gélatine et de polysaccharide anionique hydrosoluble de faible masse moléculaire. On peut citer également le document E1'-A-455 598 décrivant des arômes huileux aromatiques encapsulés par une paroi formée de gélatine, de gomme arabique et de glutaraldéhyde en tant que réticulant. Cependant, les procédés décrits dans ces documents ne sont pas adaptés à l'encapsulation de matières organiques hydrophiles, partiellement hydrosolubles et qui sont, par nature, cristallisables à température ambiante. Le caractère cristallisable de la matière organique représente en effet une difficulté majeure dans le processus de coacervation. Il faut d'unc part éviter la présence de cristaux sous forme d'aiguille ou de copeaux. Ces cristaux se formant à l'intérieur des microparticules finissent par percer la paroi des microparticules insuffisamment rigide. D'autre part, lors des étapes de coacervation et de refroidissement, il faut également éviter l'apparition dc cristaux dans la phase aqueuse. Ces cristaux appartenant initialement à la phase enveloppée par le coacervat se solubilisent dans la phase externe, ce qui indique que l'émulsion de la matière organique dans la solution de polymère n'est pas stable. Ce phénomène de partage interfère au moment du dépôt du coacervat et inlluence le rendement de la formulation. Un des objets de la présente invention est de résoudre ce problème en proposant de nouvelles microparticules contenant des substances substantiellement hydrophiles qui, à l'état libre, se présentent sous forme cristallisée tout en évitant les inconvénients précités. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de préparation de telles microparticules évitant les inconvénients précités. D'autres objets et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. En premier lieu, l'invention a pour objet de nouvelles microparticules formées d'une paroi de polymères réticulés constituée d'un mélange d'un ou plusieurs polymères anioniques et d'un ou plusieurs polymères cationiques et d'un agent réticulant, contenant une matière organique comprenant une substance substantiellement hydrophile et qui, à l'état libre, se présente sous forme cristallisée. De préférence, le rapport en poids matière organique/paroi de polymères réticulés est supérieur à G0/40, de préférence compris entre 70/30 et 90/10. Les microparticules présentent de préférence un diamètre moyen compris entre 50 et 1000 micromètres. Parmi lesdites substances, on peut citer les arômes, les substances thérapeutiquement actives, les substances cosmétiques, les substances chromogènes ou luminescentes. Parmi ces substances, on citera plus particulièrement les dérivés du menthanol tels que le menthol, la vaniline, les dérives de l'eugénol, Ic gaïacol. Parmi les polymères cationiques les plus utilisés, on citera la gélatine qui peut être obtenue par hydrolyse acide ou basiquc du collagène d'os, de peaux ou de tendons d'ovins, de porcins ou de bovins, comme les gélatines 150, 160, 225, 260 Bloom. Les polymères anioniques convenant pour la présente invelltio sont ceux qui présentent une force ionique très élevée d'association ax ec le polymère cationique. Ces polymères sont formés, de préférence, au moins en partie de polyphosphates (de préférence dans un rapport polyphosphate/autre(s) polymère(s) anionique(s) supérieur(s) à 1). Parmi les polyphosphates convenant dans le cadre de la présente invention, on mentionnera les polyphosphates polymères linéaires ou cycliques de type hexametapolyphosphates ou septaphosphates. On préfèrera néanmoins les polyphosphates de formule générale (NaPO3)n avec n compris entre 4 et 100 et préférentiellement entre 12 et 50 et présentant un taux de P2q supérieur à 57 % et de préférence supérieur à 65 %. Le rapport en poids polymère cationique/polymère an ionique est généralement compris entre 1 et 10, avantageusement entre 2 et 8. Parmi les agents réticulants, on peut citer les agents bien connus dans l'art, tels que le glutaraldéhyde, les résines mélamine formol, les tannins, végétaux ou synthétiques tels que ceux utilisés dans l'industrie du cuir. D'autres agents réticulants comme le formaldéhyde, I'amidon dialdéhyde ou le dextrane oxydé peuvent également être utilisés. Avantageusement, dans le cas où les tannins sont présents en tant que réticulants, il est avantageux que la matière organique comprenne, outre la substance substantiellement hydrophile, un additif permettant de réduire l'aptitude à la cristallisation de ladite substance. Parmi les additifs, on utilisera avantageusement les corps gras végétaux, les esters et hydroxyesters d'acide gras et de polyol, les acides gras ou les polyoxyalkylènes et les copolymères blocs de polyoxyéthylène et polyoxypropylène. De préférence encore l'additif est choisi dans le groupe constitué par les huiles végétales, les mono di ou tri-glycérides ou l'acide stéarique. Selon une autre variante avantageuse, les microparticules sont formées d'une paroi de gélatine et de polyphosphates, le réticulant étant le glutaraldéhyde. Selon une autre variante avantageuse, les microparticules sont formées d'une paroi de gélatine et de polyphosphates, le réticulant étant l'acide tannique et la matière organique comprenant outre la substance substantiellement hydrophile un additif permettant de réduire l'aptitude de la cristallisation de ladite substance. De préférence, L'additif est présent à raison de 5 à 5() % en poids par rapport au poids de matière organique. Ces microparticules présentent l'avantage de contenir des substances très diverses choisies dans le groupe constitué par les arômes, les substances thérapeutiquement actives, les substances cosmétiques, les pesticides, les substances chromogènes, toutes ces substances étant substantiellement hydrophiles et se présentant à l'état libre sous forme cristallisée. L'invention concerne également un procédé de préparation des microparticules qui viennent d'être décrites ci-dessus, caractérisé en ce qu'on mélange une solution aqueuse colloïdale d'un polymère cationique tel que la gélatine, une solution aqueuse colloïdale d'un polymère anionique de force ionique élevée, une matière organique comprenant une substance substantiellement hydrophile et qui, à l'état libre, se présente sous forme cristallisée à température ambiante de façon à former une émulsion huile dans l'eau de gouttelettes de ladite matière organique, à une température supérieure à la température de fusion de cette matière, puis en ce qu'on refroidit et en ce qu'on réticule avant neutralisation et récupération desdites microparticules. Au cours du processus d'encapsulation, la matière organique est fondue à une température supérieure à la température de fusion, généralement supérieure à 40"C, et préférentiellement entre 50 et 55"C, de manière à mettre à profit l'état liquide et très peu visqueux de ladite matière pour la disperser en fines gouttelettes formant le coeur des microparticules. Par cette méthode de coacervation complexe, la matière destinée à former le coeur des microparticules est émulsionnée dans la solution aqueuse colloïdale, composée de deux polymères, I'un cationique et l'autre anionique. La coacervation met en jeu la désolvatation simultanée de deux colloïdes sous l'effet d'une modification du pli du milicu ; les polymères dc charges opposées se lient par liaisons électrostatiques, s'insolubilisent et se déposent alors autour des gouttelettes de matière organique. Puis le milieu est refroidi à une température inférieure ou égale à 10"C. Cette étape favorise le dépôt du coacervat et modifie son état de liquide insoluble. La coacervation est basée sur les forces d'attractions ioniques entre les polyélectrolytes. Il s'agit de réactions d'équilibre donc réversibles. Afin de figer le système dans sa forme coacerée, le polymère cationique tel que la gélatine est réticulé, c'est-à-dire rendu insoluble par la création dc ponts intra et inter moléculaires liant de manière covalence les chaînes dc polymères entre elles. De façon connue, le glutaraldéhyde est classiquement utilisé dans ce but, bien que d'autres moyens tels que les agents tannants puissent également êtrc employés comme décrit ci-dessus. Avant de récupérer les capsules, on procède à des étapes de lavage du milieu afin d'éliminer les coacervats libres et éventuellement l'excédant de réticulant. Une fois lavées, les microparticules sont filtrées et séchées à l'isopropanol ou à l'air en présence de silice. L'ajustement du pI-l de coacervatioll est un facteur important pour la réussite de l'encapsulation. Le plI détermine à la fois le nombre de sites cationiques, notamment ammonium et de sites anioniques disponibles pour la coacervation. Il est généralement compris entre 4 et 5 dans le cas de la gélatine réticulée par le glutaraldéhyde. Dans le cas des agents tannants, il est possible d'effectuer la réticulation à pI-I basique. La durée de l'étape de réticulation est comprise entre 15 et 24 h ensuite, le milieu est lavé, les capsules sont filtrées puis mélangées avec de la silice. La poudre obtenue est séchée à l'air. Un tamisage permet d'éliminer l'excès de silice à condition que les microparticules soient de taille supérieure à la granulométrie de la silice. Selon une première variante, le procédé consiste à choisir un couple de polymères anioniques et cationiques s'insolubilisant rapidement lors de la modification du pH du milieu, pour se déposer très rapidement autour des gouttelettes de matière organique ; ceci permet d'éviter la perte de matière organique et l'apparition de cristaux. Plus le dépôt sera rapide et plus la matière organique sera emprisonnée et isolée de la phase aqueuse. Parmi les couples de polymères préférés, on citera le couple gélatine / 150 Bloom (Sanoli Industrie) / polyphosphatc. Le rapport en poids gélatine/polyphosphate est généralement compris entre 1 et 10. De préférence, le rapport en poids gélatine/polyphosphate sera compris entre 2 et 8. La réticulation, dc préférence au glurataldéhyde, permet de récupérer des capsules sous forme de poudre fluide. Les parois des capsules obtenues sont rigides et les capsules présentent une excellente stabilité dans le temps. Le remplacement du glutaraldéhyde par un agent tannant peut également être envisagé dans certaines conditions. Selon une seconde variante avantageuse, on associe à la substance substantiellement hydrophile un additif réduisant le phénomène dc cristallisation en limitant la tendance de la matière organique à s'organiser sous forme cristalline. Le rôle de l'additif est aussi de modifier l'interface entre la matière organique et la solution colloïdale afin d'éviter un phénomène de partage de la matière organique et plus particulièrement de certains de ces composés à caractère polaire. Parmi les additifs convenant dans le cadre de la présente invention, on utilisera avantageusement le monostéaratc de glycérol, l'hydroxystéarate du polyéthylène glycol 660, L'acide stéarique et une huile végétale Miglyol 812 (triglycéride des acides caprylique et caprique (tels)). Les modifications effectuées sur les interfaces (matière organique/solution de polymères) se traduisent par un dépôt plus rapide du coacervat, d'où une perte moins importante d'huile et donc un rendement plus élevé. II est donc important que l'additif concourt au dépôt du coacervat ou à tout le moins n'interfère pas avec lui. Par exemple, des dérivés de l'huile de soja, l'hydrolysat d'amidon hydrogéné ou le Poloxamer 188 (Synperonic PE/F68) copolymère tribloc POE75-I'OP30-POE75 n'ont pas donné de résultat satisfaisant. Néanmoins, I'homme du métier est à même, compte tenu de la diversité et du nombre important des additifs convenant dans le cadre de la présente invention, de sélectionner avec des expériences simples ceux qui conviendront au procédé selon l'invention. De façon avantageuse, la matière organique présentant a la fois un caractère hydrophile et cristallisable à température ambiante, il est préférable de modifier l'interface (matière organique/solution de gélatine), pour stabiliser l'émulsion, éviter le partage de la matière organique et sa cristallisation. Dans ces conditions, on a trouvé que l'acide stéarique présent à raison de 1 à 5 % en poids par rapport à la matière organique, et le Nliglyol 812 présent à raison de 5 à 50 % en poids donnent d'excellents résultats en limitant l'apparition de cristaux en solution. De ce fait, le procédé selon l'invention selon une variante préférée, concerne l'utilisation de gélatine 150 Bloom-polyphosphate linéaire, un additif comme un acide stéarique ou le Nliglyol 812# et le glutaraldéhyde à titre de réticulant. Ce choix d'ingrédient permet de parfaire la formulation en évitant la perte de matière organique et en améliorant la tenue de capsules, leur rigidité et leur stabilité. Toutefois, le glutaraldéhyde peut être substitué par de l'acide tannique à pH alcalin ou les polygalloylesters de glucose tels que l'octagaloyllguclose au pI-I de coacervation pour une matière contenant un additif tel que décrit précédemment. L'invention est maintenant illustrée par les exemples suivants Exemple 1 Encapsulation d'un arôme à base de menthol avec de la gélatine et un polyphosphate, rapport enrobé/enrobant : 70/30 ; réticulant : glutaraldéhyde. Dans une solution aqueuse de 60 ml de gélatine 150 Bloom à 1() %, sont émulsionnés 16 g d'arôme à 55"C. Une solution de 20 ml de polyphosphate Glass à 4,45 % et 150 ml d'eau sont additionnés. Le rapport enrobé/enrobant est alors de 70/30, I'enrobant étant volontairement en excès par rapport à la quantité nécessaire compte tenu de la quantité d'huile mise en jeu. Le pH de coacervation est ajusté à 4,25 par ajout d'acide acétique à 25%. Ensuite la température du milieu est abaissé à 10"C en trois heures, afin de permettre la gélification de la gélatine ; 15 ml de glutaraldéhyde à 25 %, sont alors ajoutés de manière à rendre insoluble la gélatine par réticulation. Après une nuit de réticulation sous agitation, les capsules sont lavées, filtrées sur filtre métallique et séchées en présence de silice hydrophobe Aerosil#. Les capsules obtenues après tamisage se présentent sous forme de poudre fluide, la taille des microparticules variant de 250 à 800 im. Exemple 2 Encapsulation d'un arôme à base de menthol avec de la gélatine ct un polyphosphate : rapport enrobé/enrobant : 70/30 ; réticulant: acide tannique. Dans une solution aqueuse de 60 ml de gélatine 150 Bloom à 1()%, sont émulsionnés 16 g d'arôme à 55 C. Une solution de 20 ml de polyphosphate Glass à 4,45 % et 150 ml d'eau sont additionnés. Le rapport enrobé/enrobant est alors de 70/30, I'enrobant étant volontairement en excès par rapport à la quantité nécessaire, compte tenu de la quantité d'arôme mise en jeu. Le pH de coacervation est ajusté à A,25 par ajout d'acide acétique à 25%. Ensuite la température du milieu est abaissé à 10C en trois heures, afin de permettre la gélification de la gélatine. Une fois le milieu refroidi à 1()"C, il est porté à pli = 9 par l'ajout d'une solution de soude 1N. C'est alors qu'on additionne 15 ml d'acide tannique à 5%. Les étapes de récupération sont les mêmes que dans l'exemple 1. Une poudre fluide de microparticules est obtenue. Exemple 3 Encapsulation d'un arôme à base de menthol avec dc la gélatine et un polyphosphate : rapport enrobé/enrobant : 80/20 ; réticulant glutaraldéhyde. Seul le rapport enrobé sur enrobant (Arôme / Gélatine 150 Bloom, Polyphosphate Glass) a été modifié par rapport à l'exemple 2, il est désormais fixé à 80/20. 28 g d'arôme sont émulsionnés dans une solution aqueuse de 60 ml de gélatine 150 Bloom à 10%, à 55oC. Une solution de 20 ml de polyphosphate Glass à 5% et 150 ml d'eau sont additionnés. Le pli de coacervation est ajusté à 4,25 par ajout d'acide acétique à 25%. Ensuite la température du milieu est abaissé à 10 C en trois heures, afin de permettre la gélification de la gélatine 15 ml de glutaraldéhyde à 25 %, sont alors ajoutés de manière à rendre insoluble la gélatine par réticulation. Après une nuit dc réticulation sous agitation, les capsules sont lavées, filtrées sur filtre métallique et séchées en présence de silice hydrophobe Aerosil. La poudre de microparticules récupérée est fluide. Exemple 4 Encapsulation d'un mélange d' huile et d'arôme avec de la gélatine et un polyphosphate; réticulant : Tanal SC (octagalloylglucose). Cet exemple décrit l'encapsulation d'un mélange d'huile et d'arôme: soit 16 g de Miglyol 812 et 13,5 g d'arôme mis en émulsion dans une solution aqueuse de 60 ml de gélatine 150 Bloom à 10%. Le polyphosphate est l'Hexatren CSSLX à 1,5 g dans 20 ml d'eau. Le plI du milieu est abaissé à 4,27 par de l'acide acétique à 25% et la température abaissée à 10"C. La réticulation a lieu avec 100 ml de Tanal SC à 5% pendant 18 heures. Après le lavage, la filtration et le séchage à la silice Aérosil#, une poudre fluide de microparticules de 100 à 500 m est obtenue. Exemple 5 Encapsulation d'un mélange d'huile ct d'arôme avec de la gélatine et un polyphosphate ; réticulant : acide tannique. Ce mélange est composé d'arôme et de Miglyol 812 : 5()/5(). Il est émulsionné dans une solution de gélatine 15() Bloom à 10%, à 55"C. On ajoute successivement 20 ml d'une solution aqueuse contenant 1,5 g de polyphosphate Hexatren C5SL, et 150 ml d'eau de dilution. Le pH du milieu est abaissé à 4,25 par de l'acide acétique à 25% et la température à 10"C. La réticulation a lieu avec 15 ml d'acide tannique à 5%. Après le lavage, la filtration et le séchage à la silice Aérosil#, une poudre fluide de microparticules est obtenue. Le procédé est identique à celui de l'exemple 4. L'agent réticulant introduit est en revanche différent, il s'agit de l'acide tannique à 5% (lSml), le pH du milieu étant amené à pH= 6 par une solution de soude 1N. L'ajout d'huile Nliglyol8î2 a permis de supprimer l'apparition de cristaux lors du refroidissement du milieu. Les capsules récupérées après filtration lavage et séchage sont individualisées ou parfois agglomérées, mais ne laissent apparaître aucun cristal. Exemple 6 Encapsulation d'un arôme modifié avec de la gélatine et un polyphosphate; reticulant covalent : glutaraldéhyde. L'arôme à encapsuler (25,65 g) est modifié par 5 % de Miglyol 812# On réalise l'émulsion dans une solution de gélatine 150 Bloom à 10 %, à 55"C. L'agitation est fixée à 190 tpm. On ajoute successivement 20 ml d'une solution aqueuse contenant 1,5 g de polyphosphate Ilexatren C5SL# et 150 ml d'eau de dilution. Le pH du milieu est abaissé à A,25 par de l'acide acétique à 25 % ct la température à 10 C. Enfin, 15 ml de glutaraldéhyde sont additionnés pour l'étape de réticulation durant 24 heures. Une poudre fluide de microparticules de 100 à 800 m est récupérée après tamisage. Exemple 7 Encapsulation d'une huile avec de la gélatine ct un polyphosphate; réticulant : glutaraldéhyde. On réalise une émulsion de 27 g d'arôme dans une solution de ()() ml de gélatine 150 Bloom à 10 %, à 55 C. On ajoute successivement 20 ml d'une solution aqueuse contenant 1,5 g dc polyphosphate Ilexatren C5SL#, et 15() ml d'eau de dilution. Le pH du milieu est abaissé à 4,27 par de l'acide acétique à 25% et la température à 10"C. La réticulation a lieu avec 15 ml dc glutaraldéhyde pendant 18 heures. Après le lavage, la filtration et le séchage à la silice Aérosil#, une poudre fluide de microparticules est obtenue. Exemple 8 Encapsulation d'une huile avec de la gélatine ct un polyphosphate; réticulant: Tanal SC. On réalise une émulsion de 6ü g de Miglyol 812# dans une solution de 60 ml de gélatine 150 Bloom à 10%, à 55 C. On ajoute successivement 2() ml d'une solution aqueuse contenant 1,5 g de polyphosphate llexatren C5SL#, ct 150 ml d'eau de dilution. Le pH du milieu est abaissé à 4,27 par dc l'acide acétique à 25% et la température à 5 C. La réticulation a lieu cn présence de 40 ml de Tanal SC à 5% pendant 18 heures. Après le lavage, la filtration et le séchage à la silice Aérosil#, une poudre fluide de microparticules est obtenue. REVENDICATIONS 1/ Microparticule formée d'une paroi dc polyméres réticulés, constituée d'un ou plusieurs polymères anioniques, d'un ou plusieurs polymères cationiques et d'un agent réticulant, contenant une matière organique comprenant une substance substantiellement hydrophile ct qui, à l'état libre, se présente sous forme cristallisée. 2/ Microparticule selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport en poids matière organique/paroi dc polymères réticulés est compris entre 70/30 et 90/10. 3/ tvíicroparticule selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre moyen est compris entre 50 et 1000 llm. 4/ Microparticule selon la revendication 1, caractérisée en ce que la substance est choisie dans le groupe constitué par les arômes, les substances thérapeutiquement actives, les substances cosmétiques et les substances chromogènes ou luminescentes. 5/ Microparticule selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière organique comprend un additif permettant de réduire l'aptitude à la cristallisation de ladite substance. 6/ Nlicroparticule selon la revendication 1 ou 5, caractérisée en ce que l'additif est choisi parmi les corps gras, les végétaux, les esters ct hydroxyesters d'acides gras et de polyol, les acides gras, les polyoxyalklènes et les copolymères blocs de polvoxyéthylène et de polyoxypropylèlle. 7/ Microparticule selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'additif est choisi dans le groupe constitué par les huiles végétales, les mono di ou triglycérides ou l'acide stéarique, 8/ Microparticule selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport en poids polymère cationique/polymère anionique est compris entre 1 et 10, avantageusement entre 2 et 8. 9/ Microparticule selon la revendication 1 ou 8, caractérisée en ce que la paroi est formée d'un coacervat réticulé dc gélatine et de polyphosphates. 10/lslicroparticule selon la revendicatioll 1, 8 ou 9, caractérisée en ce que la matière organique comprend un additif et le coacervat est réticulé par le glurataldéhyde ou un agent tannant. 11/Microparticule selon la revendication 1, 8 ou 9, caractérisée en ce que la matière organique ne comprcnd pas d'additif et le coacervat est réticulé par le glutaraldéhyde. 12/Procédé de préparation de microparticule selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'on mélange une solution aqueuse colloïdale d'un polymère cationique tcl que la gélatine, une solution aqueuse colloïdale d'un polymère anionique de force ionique élevée, une matière organique comprenant une substance substantiellement hydrophile et qui, à l'état libre, se présente sous forme cristallisée à température ambiante de façon à former une émulsion huile dans l'eau de gouttelettes de ladite matière organique, à une température supérieure à la température de fusion de cette matière, puis en ce qu'on refroidit et en ce qu'on réticule avant neutralisation et récupération desdites microparticules 13/Procédé de préparation de microparticule selon la revendication 12, caractérisé cn ce que le copolymère cationique est la gélatine. 14/Procédé de préparation de microparticule selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le rapport en poids gélatine/polymère anionique est compris entre 1 et 10.