(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも外方ノズルと内方ノズルとを有する同軸的に配された多重ノズルシステムを設け、
シェル材料を外方ノズルに、コア材料を内方ノズルに供給し、
外方ノズルを通じてのシェル材料、および内方ノズルを通じてのコア材料を同時に押出し、これによってシェル材料で囲繞されたコア材料の同軸噴流を形成し、
この同軸噴流を、第１ダクト中に含まれる加熱されたキャリア液の流れ中に導入し、これによってシェル材料にコア材料を被包化させて、加熱されたキャリア液中でカプセルを形成し、
このカプセルを含有する加熱されたキャリア液を、少なくとも一部が第１ダクトの直下に位置し、かつ第１ダクトに対して傾斜した角度に位置する第２ダクト中へと移し、そして、
前記加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液とが、前記カプセルが加熱されたキャリア液から冷却されたキャリア液へと移動し得るのに十分な時間の間、実質的に混合されることなく互いに隣接して層流として流れることが可能となるのに十分な前記傾斜角度で、冷却されたキャリア液を第２ダクト中へと導入して、カプセルを冷却し、それによってカプセルを固化する
工程からなる、中央に充填されたコア材料を被包するシェル材料を有するシームレスカプセルの形成方法。
【請求項２】
第２ダクトは、第１ダクトに対し最大約９０°までの傾斜角度で配置されるものである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
傾斜角度が約２°〜１０°である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第２ダクトの長さが少なくとも約６０.９６ｃｍである請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第２ダクトの長さが約６０.９６〜１２１.９２ｃｍである請求項４に記載の方法。
【請求項６】
冷却されたキャリア液の加熱されたキャリア液に対する流量比が、約１：１〜１２：１である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
流量比が、約２：１〜８：１である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第２ダクトが、非円形断面を有する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
第２ダクトが、長方形または正方形の断面を有する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
同軸噴流が、加熱されたキャリア液の流れ中へ導入される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
溶融状態の炭水化物を外方ノズルに導入することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
カプセルが固化した際に、炭水化物はガラス状態にある請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
外方ノズルを介してのシェル材料の流体容積流束を、内方ノズルを介してのコア材料の流体容積流束に等しいものに設定することによって、シェル材料とコア材料を同時に押出す、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
第２ダクトが対向する壁面を有し、カプセルは第２ダクトの端部で、冷却されたキャリア液内に位置する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
外方ノズルを通じてのシェル材料、および内方ノズルを通じてのコア材料を同時に押出し、これによってシェル材料で囲繞されたコア材料の同軸噴流を形成するために、少なくとも外方ノズルと内方ノズルとを有する同軸的に配された多重ノズル装置であって、
シェル材料を外方ノズルに、コア材料を内方ノズルに供給する手段、
前記同軸噴流を受けるために、前記多重ノズルシステムの直下に配置された第１ダクト、
前記同軸噴流を囲繞する加熱されたキャリア液の流れを形成し、これによってシェル材料がコア材料を被包化し、加熱されたキャリア液中でカプセルを形成させるために、第１ダクトに加熱されたキャリア液を供給する手段、
前記第２ダクトであって、これは少なくともその一部が、第１ダクトからのカプセルを搬送する加熱されたキャリア液の流れを受けるために第１ダクトの直下に位置し、また前記カプセルが冷却されるのに十分な時間の間、前記加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液とが実質的に混合されることなく互いに隣接して層流として流れることが可能となるのに十分な角度で、前記第１ダクトに対して位置する第２ダクト、および
カプセルを囲繞する冷却されたキャリア液の流れを形成し、これによってカプセルが固化することをもたらすために、第２ダクトへ冷却されたキャリア液を供給する手段
を有することを特徴とする、上記の同軸的に配された多重ノズル装置。
【請求項１６】
第２ダクトは、第１ダクトに対し最大約９０°までの角度で配置される請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
傾斜角度が約２〜１０°である請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
第２ダクトの長さが少なくとも約６０.９６ｃｍである請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
第２ダクトの長さが約６０.９６〜１２１.９２ｃｍである請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
加熱されたキャリア液および冷却されたキャリア液を供給する手段が、約１：１〜１２：１である冷却されたキャリア液の加熱されたキャリア液に対する流量比を与える、請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
流量比が、約２：１〜８：１である請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
第２ダクトが、非円形断面を有する請求項１５に記載の装置。
【請求項２３】
第２ダクトが、長方形または正方形の断面を有する請求項２２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
発明の分野
本発明は、中央に充填されたコア材料を被包する、ガラス状態にある炭水化物から形成されたシェル材料からなるシームレスカプセルに関するものであり、特に、食品および同様のものを用いる局所適用製品を製造するためのシームレスカプセルを形成する方法および装置に関するものである。
【０００２】
従来技術の記述
従来より、コア材料を被包するシェル材料から形成されるシームレスカプセルは、ゼラチンやゴムのようなフィルム形成性材料を、シェル材料として用いることによって製造されていた。これらのシェル材料は２つの欠点を有するものである。第一は、これらは水溶液から形成されるということである。従って、カプセルが形成される場合、非常に多量の水が除去されなければならず、非常に多くのエネルギーおよび非常に長い乾燥時間が必要とされる。第二には、これらのシェル材料は、カプセルが消費されている際にゆっくりと溶解し、このため口の内に味がまずいプラスチックフィルム様の残渣が残ってしまうことである。
【０００３】
シームレスカプセルは、通常、シェル材料とコア材料とを同軸的に配されたノズルを介して同時に押出すことによって製造される。押し出されたシェル材料と押し出されたコア材料は、シェル材料がコア材料を囲む同軸噴流として、ノズルから吐出される。それぞれの材料の噴流は、冷却されたキャリア液の下方に流れる流れ中へと供給される。冷却されたキャリア液中を下降しながら、同軸噴流は、コア材料を被包するシェル材料からなる液滴へと別れる。液滴は、続いて、冷却されたキャリア液中において、固化され、シームレスカプセルを形成する。このような方法は、例えば、米国特許第４,２５１,１９５号および４,６９５,４６６号において述べられている。しかしながら、シェル材料が、迅速に固化する材料である場合、この従来技術の方法は、同軸噴流中のシェル材料が被包化の前に固化してしまうという欠点がある。その結果、シームレスカプセルが形成されず、そして、形成されたカプセルの一部が球状でなく、かつ均一なサイズおよび形状も有しないものとなる。
【０００４】
この問題を解決するある試みが、米国特許第４,４２２,９８５号において提唱されており、上記した従来技術の方法を、シェル材料を囲繞する、その結果としてコア材料を囲繞する加熱循環液からなる同軸三重噴流を、冷却されたキャリア液中に導入することで、被包化が起こるように改良した方法が述べられている。この方法においては、カプセル形成が、冷却されたキャリア液中において未だ起こる必要があるため、シェル材料の固化が冷却されたキャリア液へと入れられる前に生じた場合、被包化は起こらなくなる。
【０００５】
カプセルを形成する他の方法は、シェルマトリックスと被包化される材料とを含むエマルジョンを押し出すためのスクリュー押出機を用いることを含むものである。しかしながら、このようなプロセスにおいては、中央に充填されたコア材料を被包化するシェル材料からなるカプセルを調製することが困難である。むしろ、被包化される材料は、多くの場合、マトリックス中に分散された小球の形態である。シームレスカプセルの形成に関心のあるその他の文献が、以下に示される。
【０００６】
米国特許第２,８５７,２８１号は、糖ベースとフレーバーオイルを液滴中に含むエマルジョンを押出すことによって小球粒子の形態の固形風味剤組成物を調製するプロセスを開示している。
【０００７】
米国特許第３,９７１,８５２号は、ポリヒドロキシおよび多糖類化合物からなる細胞様マトリックス中にオイルを被包化する方法を開示している。このオイルは、前記細胞様マトリックスと乳化状態にあり、そして得られたエマルジョンはエマルジョンの液滴としてスプレードライされる。
【０００８】
米国特許第５,００９,９００号は、押出されたガラス状マトリックスで、揮発性および／または変動性成分を被包化するプロセスを開示しており、ここで、前記被包化された材料は、ガラス状マトリックス中に分散している。
【０００９】
欧州特許出願第０３３９９５８号は、結晶化状態にある溶融可能な糖の外部シェルを、このなかに包埋されたオルガノポリシロキサン消泡組成物と共に含む、消泡組成物を開示している。この組成物は、糖ベースを溶融し、そして糖溶融物中に不連続相としてオルガノポリシロキサン消泡組成物を分散させることで形成される。溶融物はその後固化され、これによって、溶融物中に分散された消泡組成物を包埋し捕捉する。
【００１０】
米国特許第５,３００,３０５号は、長持続性口臭予防をもたらすマイクロカプセルに関するものである。
【００１１】
特に注目すべきは、米国特許第５,５９５,７５７号である。これに述べられる方法は、同軸的に配置された多重ノズルシステム下に第１ダクトを設けることによって、ガラス状の炭水化物でシームレスカプセルを調製することを考察するものである。同軸噴流は加熱されたキャリア液の流れ中に前記第１ダクト内で導入され、これによって加熱されたキャリア液中でカプセルを形成するように、シェル材料がコア材料を被包化することを可能とするものである。第２ダクトは、前記カプセルを搬送する加熱されたキャリア液の流れを前記第１ダクトから受けるために、少なくとも一部が、第１ダクトの直下に位置している。冷却されたキャリア液が、カプセルを囲繞する冷却されたキャリア液の流れを形成するために、第２ダクト中へと導入され、これによって、カプセルを固化させることを可能とする。
【００１２】
この従来技術の方法において、冷却されたキャリア液は、カプセルを損傷する可能性のある乱流を避けるために、故意に、加熱されたキャリア液と同軸的に導入される。それゆえ液体は、層状態において流れ、加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液との混合がほとんど起こらない。加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液との層流の結果として、カプセルの冷却は、熱い流れから冷たい流れへの熱伝導によって生じる。
【００１３】
しかしながら、カプセル冷却は起こるものの、層流を介しての熱伝導はゆっくりとしたものであり、そしてそれゆえ、冷却されたキャリア液を搬送する第２ダクトの長さは非常に長いものである必要があり、液体の流速に依存して９.１４４ｍないしはそれ以上に迫るものとなる。過剰に長いダクトは、カプセルが適当に冷却される十分な機会を与えるために必要とされる。加えて、固化前におけるダクトの壁面とのいかなる接触も、カプセルの変形、または不十分に冷却されたカプセルが壁面に沿って付着することによるダクトの閉塞をもたらすことになるであろうゆえ、カプセルが固化温度に到達するまでは、ダクトにおいて湾曲部を有すること（カプセル形成装置により占められる空間を低減するため）は不可能である。
【００１４】
従って、シームレスカプセルを形成する技術において、コスト効率良く、かつカプセルの適当な固化をもたらすために過剰に長いダクトを必要とすることのない製造方法を提供することは、顕著な利点がある。このような方法は、摂取ないしは人体に対して適用される広範な種類の製品の製造を可能とするであろう。
【００１５】
【発明の概要】
本発明は、概して、コア材料を被包する、ガラス状態にある炭水化物から形成されたシェル材料からなるシームレスカプセルを製造するための方法および装置であって、それぞれの流体流れの経路の配置によって、カプセルそれ自体が加熱されたキャリア液から冷却されたキャリア液へと移動することにより冷却が起こる、方法および装置に関するものである。
【００１６】
特に、本発明の方法は、
少なくとも外方ノズルと内方ノズルとを有する同軸的に配された多重ノズルシステムを設け、
シェル材料を外方ノズルに、コア材料を内方ノズルに供給し、
外方ノズルを通じてのシェル材料、および内方ノズルを通じてのコア材料を同時に押出し、これによってシェル材料で囲繞されたコア材料の同軸噴流を形成し、
この同軸噴流を、第１ダクト中に含まれる加熱されたキャリア液の流れ中に導入し、これによってシェル材料にコア材料を被包化させて、加熱されたキャリア液中でカプセルを形成し、
このカプセルを含有する加熱されたキャリア液を、少なくとも一部が第１ダクトの直下に位置し、かつ第1ダクトに対して傾斜した角度に位置する第２ダクト中へと移し、そして、
前記加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液とが、前記カプセルが加熱されたキャリア液から冷却されたキャリア液へと移動し得るのに十分な時間の間、実質的に混合されることなく互いに隣接して層流として流れることが可能となるのに十分な前記傾斜角度で、冷却されたキャリア液を第２ダクト中へと導入して、カプセルを冷却し、それによって固化する
ことからなるものである。
【００１７】
シームレスカプセルは、例えば、食品、飲料、局所適用組成物などの製造において用いることができるものである。
【００１８】
本発明の別の観点においては、
外方ノズルを通じてのシェル材料、および内方ノズルを通じてのコア材料を同時に押出し、これによってシェル材料で囲繞されたコア材料の同軸噴流を形成するために、少なくとも外方ノズルと内方ノズルとを有する同軸的に配された多重ノズルシステム、
シェル材料を外方ノズルに、コア材料を内方ノズルに供給する手段、
前記同軸噴流を受けるために、前記多重ノズルシステムの直下に配置された第１ダクト、
前記同軸噴流を囲繞する加熱されたキャリア液の流れを形成し、これによってシェル材料がコア材料を被包化し、加熱されたキャリア液中でカプセルを形成させるために、第１ダクト中に加熱されたキャリア液を供給する手段、
加熱されたキャリア液およびカプセルを第２ダクトへと移送する手段、
第２ダクトへ冷却されたキャリア液を供給する手段、および
前記第２ダクトであって、これは少なくともその一部が第１ダクトの直下に位置し、かつ前記加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液とが、前記カプセルが加熱されたキャリア液から冷却されたキャリア液へと移動し、それによって該第２ダクトにおいてカプセルが固化し得るのに十分な時間の間、実質的に混合されることなく互いに隣接して層流として流れることが可能となるのに十分な角度で、前記第１ダクトに対し傾斜して位置する第２ダクト
を有することを特徴とするシームレスカプセルを製造するための装置が、提供される。
【００１９】
【発明の詳細な開示】
関連により本明細書中に取り込まれる、米国特許第５,５９５,７５７号の方法において、シームレスカプセルは加熱されたキャリア液中で形成され、その後カプセルを含有するこの加熱されたキャリア液は、炭水化物をベースとするカプセルが固化するのを可能とするために冷却されたキャリア液中へと導入される。この方法において、加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液とは混合されない。カプセル冷却は、実質的に、加熱されたキャリア液から冷却されたキャリア液への熱の伝導によってもたらされ、カプセルは冷却されたキャリア液と決して接触することはない。それぞれのキャリア液の混合は、固化以前にシームレスカプセルの構造を破壊ないしは歪める可能性のある乱流を導入しないために、避けられる。混合がないことによって、加熱されたキャリア液から冷却されたキャリア液への熱の伝導は、冷却が生じるのを可能とする非常に長いダクトの必要性を必須とする延長された滞留時間を要求することになる。この要求は、商業的応用が実際的でない非常に複雑で非効率的な装置設計をもたらすものである。
【００２０】
本発明によれば、過剰に長い冷却ダクトを必要としない、シームレスカプセルを冷却する方法および装置を提供するものである。本発明の方法および装置によって形成されたカプセルは、シェル材料として炭水化物が用いられた場合であっても、均一な大きさおよび形状を有するものである。加えて、本発明の方法および装置は、単一の中心に充填されたコア材料を被包化するシェル材料からなる、すなわち、コア材料がシェル材料のマトリックス中に分布ないし分散していない、シームレスカプセルを形成することが可能である。
【００２１】
本発明は、カプセルが、これらが形成された加熱されたキャリア液から、これらが固化される冷却されたキャリア液に直接移動することができたとしたら、冷却は迅速に行われ、そして、米国特許第５,５９５,７５７号により、加熱されたキャリア液の冷却のために必要とされる時間よりも確実に短い時間となるであろう。
【００２２】
本発明の方法および装置は、コスト効率の良い、そして効果的な方法においてガラス状の炭水化物からシームレスカプセルを製造するものである。これは、以下の全ての基準；
ａ）加熱されたキャリア液および冷却されたキャリア液の混合を最小化すること（加熱されたキャリア液および冷却されたキャリア液の双方が層流条件下で互いに隣接して流れることを要求する）；
ｂ）カプセルが固化されるダクト［すなわち、カプセルが最初に形成されるダクト（すなわち、「第１ダクト」）より下方のダクト（以下、「第２ダクト」と称する）］の長さを最小化すること；
ｃ）少なくともカプセルが固化温度に達するまでは、第２ダクトの壁面にカプセルが接触することを最小限化すること；
ｄ）カプセルが該装置を冷却されたキャリア液と共に排出されることを要求すること；および
ｅ）カプセルが適当に固化するのに十分低い温度（例えば、イソマルトに関して３０℃）を与えること
を満たすことによって達成される。
【００２３】
これらの基準を満たすにおいて、本発明者らは、シームレスカプセルの首尾良い形成において、いくつか変数が顕著な影響力を有することを見出した。第一に、第２ダクトの長さは、シームレスカプセル形成操作の総合コストに顕著に加わる過剰な長さであってはならないが、カプセルが形成可能となるのに十分な長さでなければならない。第二に、液体流量比（すなわち、冷却されたキャリア液の加熱されたキャリア液に対する流量比）は、できるだけ短いダクト長さを有する第２ダクトにおいて、カプセルが、加熱されたキャリア液内で形成され、そして冷却されたキャリア液内で固化するための機会を与えるのに十分なものでなければならない。第三に、第２ダクトは、カプセルが本質的に下方への垂直な経路中を下降しながら、カプセルが加熱されたキャリア液から冷却されたキャリア液へと通過するように、加熱されたキャリア液の最初の垂直な流れに対して角度を有していなければならない。
【００２４】
本発明の方法を実施するにおいて、加熱されたキャリア液および冷却されたキャリア液の流れがお互いに隣接し、そして層流状態にあることが重要である。層流は、隣接する流体層が、層間で分子レベルでのみの混合を生じながら、一方の上をスムーズに滑り動く場合に起きる、十分に秩序のとれたタイプの流れである。層流は、関連により本明細書に取り込まれる、James R. Welty et al. Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, 3rd Edition, p.p.163-164,（John Wiley and Sons 1984）において説明されるように２３００未満のレイノルズ数を有するものであると、定量的に定義される。層流の結果として、加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液との最小限の混合のみが生じる。これゆえ、本発明の方法は、層流条件下で、加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液のそれぞれが互いに分離された状態を保ちつつ、カプセルが加熱されたキャリア液から冷却されたキャリア液への流動することを提供するものである。
【００２５】
カプセルの冷却が効果的に起こるようにこれらの目的を達成するために、第２ダクトの長さ、それぞれの液体の相対流量、上方の第１ダクトに対する下方の第２ダクトの傾斜角度、および冷却されたキャリア液の温度が、考慮されなければならない。
【００２６】
カプセル形成および固化に影響を及ぼす個々の変数を論議する前に、カプセルを形成し固化するために適した装置の記述を行う。図１に示すように、本発明に係るシームレスカプセルを製造する装置が提供される。通常、この装置は、上方の第１ダクトから新たに形成されたカプセルを含む加熱されたキャリア液と、
冷却されたキャリア液との、隣接した流れの双方を、層流状態で搬送する、第２の下方のダクトを備える。この第２ダクトは、第１ダクトの長手方向および第１ダクトから移動してくるカプセルの流路に対して角度をつけられた（すなわち、傾斜角度）ものである。この角度をつけられた第２ダクトは、第２ダクト内においてカプセルが冷却されたキャリア液に入ることを可能とするものであり、これにより、垂直方向において、そして第１ダクトにおいて移動したと同様の流路において、下方へと落下することを続けながら、カプセルは固化される。
【００２７】
この装置は、同軸的に配列された外方ノズル１０５および内方ノズル１０６を有する、多重ノズルシステム１００を含むものである。内方ノズル１０６は、コア材料をギアポンプ１０３を介して内方ノズル１０６へと供給する、タンク１０１へと接続されている。外方ノズル１０５は、シェル材料をギアポンプ１０４を介して外方ノズル１０５へと供給する、タンク１０２へと接続されている。第１の、上方のダクト１０８は多重ノズルシステム１００から下方へと延長されている。第１ダクト１０８の上方部位は、供給堰１０７によって囲繞されている。供給堰１０７は、供給ポンプ１１９を介して供給堰１０７へと供給される加熱されたキャリア液を形成する液体を加熱するためのヒータ１１８を備えたタンク１１７に接続されている。供給堰１０７は、ダクト１０８の上にオーバーフローを有しており、これによって加熱されたキャリア液が供給堰１０７からダクト１０８中へと流れることを可能としている。
【００２８】
第１ダクト１０８の下端は、第２ダクト１１０の一方の側の頂部中へと延長されている。第２ダクトは、第１ダクト１０８の垂直な方向に対して傾斜の角度（°）で傾斜するように、配置されている。約１°から約９０°までの範囲であり得るこの角度は、実質的に混合することなしに、層流状態下で、加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液が互いに隣接して流れることができるのに十分なものでなければならない。この角度は、図１の実施形態において特に示すように、好ましくは約２〜１０°の範囲内のものである。
【００２９】
第２ダクト１１０の長さは、カプセルが、第２ダクトにおけるこれらの下降する経路の間に、加熱されたキャリア液から冷却されたキャリア液へと移動し、それによって固化し得るのに十分なものでなければならない。しかしながら、第２ダクトの長さは、システムをコスト効率のあるものとするために最小化されなければならない。本発明によれば、典型的な第２ダクトは、商業的規模におけるシームレスカプセルの連続的製造に関して、少なくとも約６０.９６ｃｍの長さ、より典型的には、約６０.９６〜１２１.９２ｃｍの長さを有している。
【００３０】
冷却されたキャリア液は、特に図１において示されるように、加熱されたキャリア液と隣接しそして層流とされる。特に、加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液の流れは、２３００未満のレイノルズ数を示し、そして全くほとんど混合されない。比較的短い第２ダクトを用いた結果として、適切に形成されたカプセルが、冷却されたキャリア液へと入り、カプセルが装置から排出される前に固化プロセスが完了していることが重要である。
【００３１】
冷却されたキャリア液は、ダクト１０８に隣接する第２ダクト１１０の頂部と流れが連通するダクト１０９を介して供給される。ダクト１０９は、冷却されたキャリア液を形成するためのキャリア液を冷却するクーラーを備えたタンク１１３に接続されている。冷却されたキャリア液は、供給ポンプ１１５を介してダクト１０９へと供給される。
【００３２】
符号１３０で示される第２ダクトの下方部位は、２つの隣接する回収ダクト１１１および１１６と、それぞれ連通する流れを与えるように分岐している。回収ダクト１１１は、タンク１１３に向かって延長され、そしてタンク１１３からわずかな距離のところで終わっている。加熱されたキャリア液の流れから冷却されたキャリア液の流れへと予め移動していた、固化したカプセルは、回収ダクト１１１へと入る。カプセルはダクト１１１を通じて移動し、そしてタンク１１３の上に配置された分離器１１２中へと入る。網の形態であり得る、この分離器１１２は、カプセルを冷却されたキャリア液から分離する。
【００３３】
タンク１１３は、パイプ１２０を介して、供給ポンプ１１５に接続され、供給ポンプ１１５は次いで、冷却されたキャリア液をダクト１０９を介して第２ダクト１１０へと再び供給する。
【００３４】
加熱されたキャリア液のための回収ダクト１１６は、タンク１１７へと向かって延長され、そしてタンク１１７の頂部からわずかの距離（例えば、数インチ）のところで終わっている。タンク１１７は、パイプ１２１を介して供給ポンプ１１９に接続され、供給ポンプ１１９は次いで、加熱されたキャリア液を供給堰１０７へと供給する。
【００３５】
ダクト１０８からダクト１１０を通りダクト１１１中へのカプセルの移動経路は、シームレスカプセルの形成のための本発明に重要なものである。第２ダクト１１０を通過している間に、第１ダクト１０８で形成されたカプセルは、第１ダクト１０８より流入してきた加熱されたキャリア液から、ダクト１０９より流入してきた冷却されたキャリア液へと移動しなければならない。この移動プロセスの間に、カプセルが第２ダクトの壁面と接触することなく、かつこれらが固化と同時にダクト１１１へ入るように位置されることが望ましい。第２ダクト１１０内でのカプセルの適切な移動およびこれらの固化を確実なものとするために、第２ダクトの長さ、冷却されたキャリア液の加熱されたキャリア液に対する流量比、第２ダクト１１０の傾斜角度および冷却されたキャリア液の温度が、本発明の所望する結果を得るために、選択されなければならない。
【００３６】
以下の表１に示すように、上記した変数は、カプセルの固化に大きな影響を与える。これらの変数のそれぞれは、カプセルが第２ダクトを移動する際に、カプセルに影響を及ぼすであろう。特に、３つの変数は、第２ダクトの出口より前のカプセルの位置、それぞれのキャリア液の混合の量、第２ダクトの出口でのカプセルの温度、および第２ダクトの出口でのカプセルの位置（すなわち、冷却されたキャリア液の流れに隣接する第２ダクトの壁面に、カプセルがどのぐらい近いか）を含む、カプセルの動向に大きな影響を与える。変数およびカプセルの動向におけるこれらの影響の関係を表１にまとめた。
【００３７】
【表１】
0004656812.tif 000002
【００３８】
表１に示すように、第２ダクトの長さ、流量比、第２ダクトの傾斜角度、および冷却されたキャリア液の温度を、それぞれ調整した（すなわち、（＋）および（−）で示されるように）場合、これらは、（増）および（減）で示されるように、第２ダクト内でのカプセルの位置、加熱されたキャリア液および冷却されたキャリア液の混合の量、出口でのカプセルの温度、および出口でのカプセルの位置を含む、カプセルの動向に対して大きな影響を有する。
【００３９】
第１ダクトに対する角度での第２ダクトの位置によって最小限化される第２ダクトの長さは、好ましくは約６０.９６〜１２１.９２ｃｍである。表１に示すように、第２ダクトの長さが増加すると、第２ダクト１１０内でのカプセルの位置（加熱されたキャリア液と接触するダクト壁面からの距離）は、増加する。その結果として、カプセルは、冷却されたキャリア液と接触するダクト壁面により近接することとなる。
【００４０】
第２ダクトの長さの増加は、また、加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液との間の混合の量を増加させる。これゆえ、それぞれの液体流れの混合を最小限とするために、より短い第２ダクトが望まれる。
【００４１】
第２ダクトの長さはまた、第２ダクト１１０の末端でのカプセルの温度に影響を与える。先に示したように、カプセルは、ダクト１１１に入る際に、固化されてなければならない。これゆえ、第２ダクトの長さは、カプセルが固化温度（例えば、イソマルトに関して３０℃）に達することができるのに十分なものでなければならない。
【００４２】
カプセルは、固化プロセスが完了するまで、第２ダクトの壁面と接触することを控えることが望ましい。第２ダクトの壁面との接触は、カプセルを損傷ないし破壊する可能性がある。このことは、特に、カプセルが未だ固化されていない際には、一般的である。従って、カプセルが第２ダクト１１０から離れ、ダクト１１１に入る際に、第２ダクトの壁面から離れた距離を保ったカプセルを有することが望ましい。
【００４３】
第２ダクトの長さは第２ダクト１１０の出口でのカプセルの位置に強い影響を与えることが観察されている。第２ダクトの長さを増加させることは、概して、第２ダクトの出口での冷却されたキャリア液と接触しているダクト壁面とカプセルとの間の距離を減少させる結果となる。従って、カプセルが第２ダクトの出口でダクト壁面に近づきすぎた位置にあるとすると、第２ダクトの長さを減じることが望ましいであろう。
【００４４】
加えて、非円形断面プロファイルを有する第２ダクトを用いることが望ましい。本発明の１つの好ましい形態において、第２ダクトは長方形ないしは正方形断面を有するものである。これは、このようなダクトは、隣接する加熱されたキャリア液と冷却されたキャリア液との混合を防止するのにより適したものであるからである。
【００４５】
表１に示すように、冷却されたキャリア液と加熱されたキャリア液との相対流量は、また、第２ダクト内でのカプセルの固化に影響を及ぼすものである。概して、加熱されたキャリア液の流量に対して冷却されたキャリア液の流量が大きくなるほど、カプセルが第２ダクトを通って移動する際のダクト壁面とカプセルとの距離はより大きくなる。加えて、第２ダクトの出口でのカプセルの温度は、冷却されたキャリア液との接触時間がより長くなるために、より低いものとなる。本発明による冷却されたキャリア液の加熱されたキャリア液に対する流量比は、概して、１：１〜１２：１の範囲、好ましくは２：１〜８：１の範囲である。
【００４６】
第２ダクト（図１に示されるダクト１１０）の傾斜角度は、カプセルが冷却されたキャリア液によって固化されるように、カプセルの流路を調整するにおいて重要な因子である。傾斜角度が増加すると、第２ダクトの出口での、冷却されたキャリア液と接触するダクト壁面に対するカプセルの距離が、出口でのカプセルの温度と同様に、減少する。
【００４７】
これゆえ、傾斜角度が増加した場合、第２ダクトの長さによっては、カプセルがダクト壁面に接触する可能性が生じる。このことは、表１に示すように、例えば、冷却されたキャリア液の加熱されたキャリア液に対する流量比を増加させることによって、相殺することができる。
【００４８】
ガラス状の炭水化物からのカプセルの調製に関して、好ましい、傾斜角度は約２〜１０°である。しかしながら、図２に示すように、傾斜角度は最大約９０°まで可能であることが理解されよう。
【００４９】
図２を参照すると、第２ダクトが第１ダクトに対して９０°で傾斜されている本発明に係る配置が示されている。第１ダクト２００は、加熱されたキャリア液および新たに形成されたカプセル２０２を含んでおり、このカプセルは、第１ダクト２００の軸線に対して約９０°の角度で傾斜した冷却されたキャリア液を含む第２ダクト２０４中へと下方に移動する。第２ダクト２０４の末端は、加熱されたキャリア液がダクト２０６へ入り、一方、固化されたカプセルおよび冷却されたキャリア液がダクト２０８へと入るように、分岐されている。
【００５０】
図２に示すように、第２ダクト２０４内において、底部流２１０として冷却されたキャリア液の層流が与えられる。加熱されたキャリア液は、上方流２１２を形成し、そしてこれら２つの流れは層流条件下で移動する。第２ダクト２０４の距離は、カプセルが加熱されたキャリア液２１２から冷却されたキャリア液２１０へと移動し、そしてそこで固化し得るのに十分なものである。
【００５１】
本発明の好ましい１つの観点においては、ガラス状の炭水化物から形成されたカプセルの表面は、第２ダクトを離れる前にガラス転移温度未満となっているべきであり、そしてカプセルが冷却されたキャリア液と共に排出されるように、カプセルは、底部での第２ダクトの幅の０.５未満に位置すべきである。カプセルがダクト壁の内面に付着することを防止するために、カプセル表面温度がガラス転移温度未満となるまでは、カプセルがダクト壁面に衝突しないことが望ましい。
【００５２】
表２は、出口でのカプセル表面温度（Ｔｅ）、および、冷却壁面（冷却されたキャリア液に隣接する壁面）が０であり、かつ加熱壁面（加熱されたキャリア液に隣接する壁面）が１.０であるように、第２ダクトを横切る分数距離として表された、出口での位置（Ｘｅ）を示すものである。表２に示される値は、１００℃の温度を有する加熱されたキャリア液および０℃の温度を有する冷却されたキャリア液に基づくものである。加熱されたキャリア液および冷却されたキャリア液に関して、他の温度を選択することができることは理解されよう。
【００５３】
これらの値に影響を及ぼすパラメーターは、傾斜角度（°）、および冷却されたキャリア液／加熱されたキャリア液の流量比である。これらの変数のそれぞれの最適値は、カプセル直径および第２ダクトの長さに依存するであろう。
【００５４】
【表２】
0004656812.tif 000003
【００５５】
表２の結果は、８mmのカプセルに関して、３°の傾斜角度および８の流量比が、０.６ｍ長の第２ダクトを用いた場合に、適当な冷却および出口位置をもたらすものであることを示している。この例における第２ダクトの最適値は、おそらく３°の傾斜角度および約４〜６の流量比であろう。１mmのカプセルに関しては、７°の傾斜角度および２の流量比が適切な結果をもたらしている。最適値は、６〜７°の角度および１〜２の流量比であろう。
【００５６】
ここで、図１に従ってシームレスカプセルを形成するプロセスを、詳細に述べる。シェル材料は、タンク１０２から外方ノズル１０５へと供給され、そしてコア材料は、タンク１０１から内方ノズル１０６へと供給される。コア材料およびシェル材料は次に、コア材料を囲繞するシェル材料を有する同軸噴流を形成するために、同時に押出される。タンク１１７中のキャリア液は、シェル材料に近いないしはより高い温度へと加熱され、そしてダクト１０７へと供給される。代表的には、加熱されたキャリア液の温度は約９０℃〜１６０℃である。同軸噴流は、下方に流れる加熱されたキャリア液を含んでいる第１ダクト１０８中へと導入される。加熱されたキャリア液が、同軸噴流中のシェル材料に近い温度にあるため、シェル材料が固化することが防止され、これによって、シェル材料がコア材料を被包化し、カプセルを形成することが可能となる。
【００５７】
タンク１１３中のキャリア液は、カプセルが固化し得るのに十分低い温度まで冷却される。好ましくは、キャリア液は、代表的なガラス状炭水化物材料に関して、約０℃〜３０℃の温度まで冷却される。冷却されたキャリア液は、タンク１１３からダクト１０９へと供給される。第１ダクト１０８からのカプセルは次いで、加熱されたキャリア液によって、第２ダクト１１０の一側部の頂部へと運ばれる。また、冷却されたキャリア液が、第２ダクト１１０の頂部に第１ダクト１０８と隣接して配置されたダクト１０９から、第２ダクト１１０の頂部へと供給される。加熱されたキャリア液中のカプセルは、同様に第２ダクト１１０内を流れる冷却されたキャリア液の流れと隣接する、第２ダクト１１０の一方の側部へと運ばれる。傾斜角度、代表的には９０°以下、好ましくは２〜１０°、およびこれら液体の層流状態によって、加熱されたキャリア液および冷却されたキャリア液は顕著に混合されることなく互いに隣接して流れる。キャリア液に比してカプセルの密度が大きいことによって、カプセルは実質的に垂直に流れる傾向があり、このため、第２ダクトの傾斜角度ゆえに、カプセルはそれぞれのキャリア液の境界面を横切って、冷却されたキャリア液中へと移動する。
【００５８】
本発明におけるキャリア液としては、シェル材料を溶解せず、かつ相変化を起こすことなく適当な温度に加熱および冷却できる任意の液体が使用可能である。好ましいキャリア液の例は、中鎖トリグリセリド（ＭＣＴ）油、コーン油、綿実油、キャノーラ（なたね）油、ヒマワリ油、シリコンオイル類、鉱物油類等を含むものである。
【００５９】
好ましくは、シェル材料およびコア材料は、外方ノズルを介してのシェル材料の流体容積流束（fluid volumetric flux）を、内方ノズルを介してのコア材料の流体容積流束に等しいものに設定することで、同時に押出される。ノズルオリフィスから流れる材料の流体容積流束は、ノズルオリフィス面積に対するノズルを通過する材料の容積流量の割合として定義される。関連によりその開示が本明細書中に取り込まれる、米国特許第５,６５０,２３２号に述べられるように、同軸的に配置されたノズル群を介しての、シェル材料の流体容積流束を、コア材料の流体容積流束に等しいものに設定することによって、カプセルにおけるコア材料のシェル材料に対する嵩比は、ノズル群におけるオリフィス面積の大きさを単に変えることによって、制御することが可能となる。
【００６０】
本発明において用いることができる同軸的に配された多重ノズルシステムは、同軸的に配された内方および外方の２つノズルより多くのノズルを有することができる。これらは、内方および外方ノズルの間に位置する同軸的に配された１ないしそれ以上の中間ノズルであり得、これらからは１ないしそれ以上の中間シェル材料を押出すことができる。このような実施形態においては、外方ノズルから押出されたシェル材料は、中間ノズルから押出された中間シェル材料を被包化し、そしてこれは次に内方ノズルから押出されたコア材料を被包化する。本発明の好ましい一実施形態においては、中間シェル材料の中間ノズルを介しての流体容積流束は、外方ノズルを介してのシェル材料の流体容積流束および内方ノズルを介してのコア材料の流体容積流束に等しいものに設定される。
【００６１】
本発明においてシェル材料として用いることのできる好ましい炭水化物の例は、ショ糖、グルコース、果糖、イソマルト、水素化デンプン加水分解物、マルチトール、ラクチトール、キシリトール、ソルビトール、エリスリトール、マンニトールなどおよびこれらの混合物を含むものである。代表的には、炭水化物は、シェル材料として融液の形態で外方ノズルへと供給される。炭水化物が冷却されたキャリア液中で固化した際、これはガラス状態、すなわち非晶質状態へと変化する。炭水化物がガラス状態にあると、中央に充填されたコア材料を蒸発および変質から保護する、高められた能力が発揮される。
【００６２】
好ましいコア材料は、先に述べたような消費および表面適用のための種々の製品中に含まれ得る材料であり得る。コア材料は、代表的には液状または溶融可能な固体状態であり得る。好ましいコア材料の例は、ＭＣＴ油類、（例えば、ココナッツ油のような）、ぺパーミントオイル、シナモンオイル、ウイキョウ油、チョウジ油、小麦−キャノーラ（なたね）油、ひまわり油等、シリコンオイル類、ミネラルオイル類、フルーツフレーバー類、ビタミン類、医薬溶液、天然および人工甘味料類、メントールなどを包含するものである。
【００６３】
操作温度において液体であり、コアないしシェル材料を溶解せず、かつ冷却プロセスの間に固化し得る任意の材料が、中間シェル材料として使用可能である。好ましい中間シェル材料の例は、ワックス類（例えば、パラフィンワックス、ミクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、カルナバワックス、カンデリラワックスなど）、および油脂類（例えば、当業者に公知のもののような水素化油脂類）を含むものである。
【００６４】
本発明のシームレスカプセルが用いられる最終消費組成物は、消耗製品および人体に適用される製品を含むものである。
【００６５】
消耗製品は、食品、飲料、医薬組成物、チューインガム、菓子、および歯磨組成物を含むものである。好ましくは、消耗製品は、シームレスカプセルの完全性に悪影響を及ぼさないものである。例えば、高い水活性を有するいくつかの消耗製品は、炭水化物シェルに、シェルを破裂させることによるような、悪影響を及ぼし得る。このような適用に関しては、消費の時間に、カプセルを製品中に添加することによって、シェルに対する損傷を避けることができる。食品は、アイスクリーム、ゼリー、ホイップされたトッピング等を含むものである。飲料は、炭酸ソーダ類、茶、ジュースなどのようなノンアルコール飲料、ならびにアルコール飲料の双方を含むものである。
【００６６】
医薬組成物は、例えば、消毒薬、鎮痛薬、抗生物質、抗真菌薬、鎮咳混合物、制酸薬、消化補助薬、うっ血除去薬などを含むものである。このような組成物は、錠剤、トローチ、鼻スプレー、液状製剤、カプセル、ゼリー錠などとして投与され得る。
【００６７】
チューインガムは、糖を含むおよび糖を含まないソフトまたはハードシェルを有するチューインガムを含むものである。
菓子は、特に限定されるものではないが、ハードおよびソフトキャンディ組成物類、チョコレート類、棒キャンディー類等を含むものである。
【００６８】
歯磨組成物は、例えば、練り歯磨き類、抗歯垢洗浄剤（antiplaque wash）類、水歯磨き類、含嗽薬類等を含むものである。
人体に適用される、本発明により製造される製品は、例えば、シェービングローション類、石鹸類、クリーム類およびフォーム類のような洗面用化粧品類、コロン類、消臭剤類、制汗剤類、バスオイル類、シャンプー類、頭髪トリートメント組成物、コンディショナー類、日焼けローション類、タルカムパウダー類、フェースクリーム類、ハンドクリーム類、点眼液類などを含むものである。
【００６９】
【実施例】
以下の実施例は、本発明によるシームレスカプセルの調製を示すものである。第２ダクトの長さ、液体流量比（すなわち、冷却されたキャリア液の加熱されたキャリア液に対する流量の割合）、および傾斜角度（すなわち、加熱されたキャリア液の初期の垂直な流れに対する第２ダクトの角度）は、それぞれの液体の過剰な混合がなく、かつカプセルがこれらが形成された際（すなわち、固化の前）にダクト壁面と実質的に接触することなく、冷却されたキャリア液と共に固化されたカプセルが排出されることが可能となるように選択された。
【００７０】
実施例１
シームレスカプセルが、図１に示すような内方ノズルおよび外方ノズルを有する同軸的に配された多重ノズルシステムを用いて調製された。内方ノズルは、内径０.０２cm、外径０.２６cm、およびオリフィス面積０.０３１４cm2を有している。外方ノズルは、内径０.３９cm、および環状オリフィス面積０.０６６４cm2を有している。
９０質量％のイソマルトと１０質量％のキシリトールの混合物が１５５℃の温度で溶融され、そしてタンク中に１４８℃で保持された。この混合物は１４０℃で、６２８ｃＰの実粘度を有していた。概して、本発明の方法は、操作温度において約１０００ｃＰ未満の実粘度を有するシェル材料の使用を包含するものである。得られた混合物は、１.４ｇ／mLの密度を有していた。
【００７１】
この混合物が、１４５℃の温度にて、２.３７mL／分の容積流量で、外方ノズルに供給された。０.９６ｇ／mLの密度を有する、１０質量％のチェリーフレーバーと９０質量％の綿実油との混合物が、雰囲気温度にて、５.０１mL／分の容積流量で、コア材料として内方ノズルに供給された。シェル材料とコア材料は、１００℃に保たれた加熱ココナッツ油キャリア液中へと、７５.５mL／分／cm2の同じ流体容積流束で、それぞれ外方および内方ノズルから同時に押出された。同軸噴流は、約５cmほど加熱ココナッツ油中を下降し、被包化を起しながら液滴へと分裂した。カプセルは次いで加熱ココナッツ油によって、表３に示される寸法を有する傾斜した第２ダクト中へと運ばれた。第２ダクトの内側には、加熱ココナッツ油が、０℃に維持された冷却ココナッツ油と隣接して流れている。加熱された液および冷却された液の流量、およびこれらの流れの流量比は、表３に示される。形成されたカプセルは加熱ココナッツ油と冷却ココナッツ油とを分ける境界面を横切り、そして冷却ココナッツ油に進入した際に、溶融したシェル材料は、傾斜されたダクトの液面に接触することなく、固化し始める（すなわち、出口でのカプセルの位置は、０.４２で、冷却されたキャリア液と接触するダクト壁面にわずかに近いものである。）カプセルは、これらが第２ダクトに沿った残りの距離を移動するにつれて、固化し、そして、約３０℃の温度にて、傾斜ダクトの底部の冷却出口側に、冷却ココナッツ油と共に排出される。このようにして形成されたカプセルは約８mmの直径を有していた。冷却されたキャリア液および加熱されたキャリア液のレイノルズ数が計算したところ、９８.９３であり、これらの流れが層流状態に維持されていたことが示された。
【００７２】
【表３】
0004656812.tif 000004
【００７３】
実施例２
実施例１において用いられた手順が、同じカプセル製造装置を用いて繰り返された。冷却されたキャリア液の流量が増加され、そして加熱されたキャリア液の流量が低減されて、表３に示すように、冷却されたキャリア液：加熱されたキャリア液の流量比を２：１とした。ダクト壁面との接触なしに、カプセルの固化をもたらす（すなわち、出口でのカプセルの位置は、０.４４で、冷却されたキャリア液と接触するダクト壁面にわずかに近いものである。）ため、および、固化されたカプセルが冷却されたキャリア液と共に排出されることをもたらすために、ダクトの傾斜角度が７°へと増加された。冷却されたキャリア液および加熱されたキャリア液は、層流状態を示す、１４１.４２のレイノルズ数を有していた。得られたカプセルは、約１mmの直径を有しており、約３０℃の温度でシステムから排出された。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態によるシームレスカプセルを製造するための装置の概略破断側面図である。
【図２】  本発明の別の実施形態によるシームレスカプセルを製造するための装置の部分的な概略破断側面図である。
【図１】
0004656812.tif 000005
【図２】
0004656812.tif 000006