МИКРОКАПСУЛЫ
MICROCAPSULES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к микрокапсулам, а точнее к микрокапсулам, в которых капсулированная водная капелька или капсулированные капельки воды, включающие активный ингредиент или активные ингредиенты, дополнительно капсулированы в гидрофобной оболочке-матрице. Настоящее изобретение также относится к новым способам получения микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, а также к применению микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении.
Уровень техники
В US 5204029 раскрыт способ получения съедобных микрокапсул, которые содержат множество жидких ядер. В этом способе эмульсия типа вода-в-масле, в которой активный ингредиент растворен во внутренней водной фазе, подвергают распылительному охлаждению, что приводит к затвердеванию жировой фазы и захвату водной фазы в виде небольших капелек, диспергированных в микрокапсуле. Однако этот способ приводит к очень нестабильным микрокапсулам, в которых водная фаза переносится из внутренней части микрокапсулы в наружную часть. Это также приводит к конденсации воды на стенке контейнера.
В книге Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3-е изд., т.15, сс.473-474, описан способ, в котором жидкости капсулируют с использованием вращающейся экструзионной головки, содержащей концентрические сопла. Этот способ пригоден только для жидкостей и взвесей, и образуются большие шарики, содержащие плавкие покрытия, такие как жиры или воски. Однако микрокапсулы, содержащие в качестве ядра единичную каплю жидкости, весьма склонны к разрушению.
В статье Mofidi N. и др. "Mass preparation and characterisation of alginate microspheres". Process Biochemistry, т.35 (2000), сс.885-888, описали способ крупномасштабного получения микросфер, при котором готовят стерилизованный раствор альгината и затем раствор при перемешивании заливают в реактор, содержащий неводную фазу. Образуется эмульсия микрокапелек альгината, и к ней прибавляют соответствующее количество сшивающего реагента. Микросферические частицы геля альгината опускаются на дно и их собирают фильтрованием.
Аналогичным образом Wong, T.W. и др., J.Microencapsulation, 2002, т.19, №4, сс.511-522, описали характеристики выделения из пектиновых микросфер и способ получения этих микросфер. В этом способе микросферы пектина получают с помощью эмульсий типа вода-в-масле, при котором небольшие микросферы пектина, содержащие активный ингредиент, диспергированный в сплошной жидкой гидрофобной фазе, отверждают и собирают фильтрованием.
Способ микрокапсулирования посредством слияния-разделения фаз известен из публикации Joseph A. Bakan, Controlled Release Technologies, 1980, by Agis F. Kydonieus. Способ включает последовательность из трех стадий, проводящихся при непрерывном перемешивании: (1) образование трех несмешивающихся химических фаз; (2) осаждение покрытия и (3) отверждение покрытия.
Sanghvi, S.P. и Nairn J.G. исследовали влияние вязкости и межфазного поверхностного натяжения на размер частиц микросфер тримеллитата ацетилцеллюлозы. Результаты представлены в публикации в J.Microencapsulation, 1992, т.9, №2, сс.215-227.
В своей статье в Lebensm.-Wiss.u.-Technol., т.33, сс.80-88 (2000) Lee, S.J. и Rosenberg, M. описали двойное эмульгирование и термическое гелеобразование для получения микрокапсул на основе белка молочной сыворотки. Микрокапсулы, полученные описанным способом, представляют собой микрокапсулы на основе белка молочной сыворотки, содержащие аполярное ядро.
В своей статье в Science, т.298, 1 ноября 2002, Dinsmore и др. описали обладающие селективной проницаемостью капсулы, состоящие из коллоидных частиц. Капсулы формируются посредством самосборки коллоидных частиц на границе раздела капелек эмульсии. После слияния частиц с образованием эластичных оболочек капельки эмульсии переносятся в свежую непрерывную жидкую фазу, которая является такой же, что и находящаяся внутри капелек.
Недостатком микрокапсул и сфер, полученных в соответствии с цитированными публикациями Lee и др., Dinsmore и др., Mofidi и др. и Wong и др., является то, что эти микрокапсулы представляют собой отдельные микрокапсулы и после получения микрокапсул гидрофобная фаза отбрасывается.
Затруднением, связанным с микрокапсулами предшествующего уровня техники, является то, что они весьма склонны к разрушению. Материал оболочки может разрушаться, например, при хранении и обращении с микрокапсулами и это приводит к свободному течению жидкости внутренней фазы. В результате образуется липкая масса и микрокапсулы больше не являются сыпучим порошком.
Это затруднение, связанное с разрушением, можно частично преодолеть посредством приготовления микрокапсул, которые содержат множество жидких ядер, как это описано в US 5204029. Однако такой способ все же приводит к весьма нестабильным микрокапсулам, из внутренней части которых водная фаза мигрирует наружу и затем за пределы капсулы. Это дополнительно приводит к конденсации воды на стенках контейнера. Другим связанным с микрокапсулами затруднением по данным упомянутого US 5204029 является то, что невозможно регулировать выделение активного ингредиента из микрокапсул.
В настоящем изобретении указанные затруднения для известных микрокапсул, описанных выше, преодолеваются с помощью микрокапсул, которые весьма стабильны и обеспечивают регулируемое и/или пролонгированное выделение активного ингредиента.
Краткое изложение сущности изобретения
Настоящее изобретение относится к микрокапсулам, включающим затвердевшую гидрофобную оболочку-матрицу, капсулированную водную капельку или капельки, которые дополнительно капсулированы в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице или с ее помощью, и активный ингредиент или активные ингредиенты, растворенные в капсулированной водной капельке или капельках или включенные в них, и к способам их получения, так чтобы преодолеть указанные выше затруднения.
Соответственно один вариант осуществления настоящего изобретения относится к микрокапсуле, которая включает затвердевшую гидрофобную оболочку-матрицу, капсулированную водную капельку или капельки, капсулированные в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице или с ее помощью, и активный ингредиент или активные ингредиенты, растворенные в капсулированной водной капельке или капельках или включенные в них.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу получения микрокапсул, каковой способ включает стадии
а) получение водной фазы и активного ингредиента или активных ингредиентов, растворенных в водной фазе или включенных в нее,
б) получение гидрофобной фазы в расплавленной форме,
в) включение или растворение капсулированного вещества или смеси капсулированных веществ в водной фазе или в гидрофобной фазе,
г) объединение водной фазы с гидрофобной фазой и гомогенизацию или перемешивание объединенных фаз с получением эмульсии вода-в-масле,
д) капсулирование водной фазы в эмульсии и тем самым превращение жидкой водной фазы в капсулированные капельки воды, в результате чего образуется дисперсия, включающая капельки воды, и активный ингредиент или активные ингредиенты растворяются в капельках воды или включаются в них, и
е) обработка дисперсии, полученной на стадии д), с получением микрокапсул, при которой капсулированные капельки воды дополнительно капсулируются в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к применению микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, в пищевой/кормовой промышленности и для фармацевтических или косметических целей.
Настоящее изобретение основано на методике прибавления капсулированного вещества, например гидроколлоида или другого подходящего капсулирующего вещества или их смесей, к водной фазе, включающей активный ингредиент (активные ингредиенты), или к гидрофобной фазе в расплавленной форме с получением эмульсии водной фазы и расплавленной гидрофобной фазы с последующим капсулированием активного ингредиента (активных ингредиентов), находящихся в водной капельке или капельках в эмульсии. Капсулирование водной фазы проводится с помощью гелеобразования, сшивки, слияния, агломерации или с помощью любых других подходящих средств. Это приводит к дисперсии, в которой капсулированные капельки воды диспергированы в гидрофобной фазе. Дисперсию охлаждают до температуры ниже температуры плавления или каплепадения гидрофобной фазы с помощью подходящего способа, что приводит к образованию микрокапсул. Охлаждение можно проводить, например, посредством распылительного охлаждения или охлаждения в псевдоожиженном слое. Микрокапсулы включают целый ряд капсулированных водных капелек, которые дополнительно содержат активный ингредиент (активные ингредиенты), и капсулированные капельки воды дополнительно капсулированы в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице или с ее помощью.
Преимуществом настоящего изобретения является то, что выделение активного ингредиента (активных ингредиентов) из микрокапсул можно регулировать. Скорость выделения растворимого в воде активного ингредиента из обычной микрокапсулы с жировой матрицей, охлажденной распылением, обычно определяется не плавлением жировой матрицы, а диффузией воды в микрокапсулу и последующим перемещением активного ингредиента за пределы капсулы. Скорость выделения активного ингредиента из обычных микрокапсул с жировой матрицей, охлажденных распылением, обычно очень высока. Обычно скорости выделения активных ингредиентов таковы, что в зависимости от капсулированного активного ингредиента в течение 15 мин выделяется порядка примерно 80%. Новые микрокапсулы, предлагаемые в настоящем изобретении, обладают намного меньшей скоростью и/или пролонгированным выделением активных ингредиентов, поскольку большая часть активных ингредиентов выделяется, когда затвердевшая гидрофобная оболочка-матрица в действительность "расплавляется". Выделение активных ингредиентов из микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, можно регулировать и выделение можно инициировать различными путями, например посредством тепловой обработки, например посредством нагревания, такого как в микроволновой печи, или посредством замораживания, посредством воздействия нагрузки или с помощью любого другого подходящего способа. Выделение активных ингредиентов из микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, также может быть пролонгированным или может происходить очень медленно.
Другим преимуществом микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, является то, что улучшается стабильность микрокапсул. Поскольку активные ингредиенты растворены предпочтительно в превращенных в гель или сшитых капсулированных капельках воды или включены в капельки, которые дополнительно капсулированы в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице или с ее помощью, водная фаза не может перемещаться или испаряться в оболочку-матрицу или за пределы оболочки-матрицы.
Преимуществом микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, по сравнению с микрокапсулами предшествующего уровня техники, например микрокапсулами, полученными в соответствии с цитированными публикациями Lee и др., Dinsmore и др., Mofidi и др. или Wong и др., является то, что для дополнительного капсулирования используется гидрофобная фаза, в результате чего образуются микрокапсулы, в которых активный ингредиент (активные ингредиенты) сначала капсулируются внутри водных капелек, а затем дополнительно капсулируются в гидрофобной фазе.
Эти новые улучшенные характеристики микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, позволяют применять микрокапсулы, предлагаемые в настоящем изобретении, в самых различных случаях, например, для различных целей в пищевой/кормовой промышленности и для фармацевтических целей.
Еще одним преимуществом способа, предлагаемого в настоящем изобретении, является то, что он обеспечивает высокую производительность при довольно низких затратах.
В настоящей заявке в одном варианте осуществления выражение "капсулированы в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице или с ее помощью" можно считать означающим "капсулированы в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице". В другом варианте осуществления выражение "капсулированы в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице или с ее помощью" можно считать означающим "капсулированы с помощью затвердевшей гидрофобной оболочки-матрицы".
Для облегчения ссылок этот и другие варианты осуществления настоящего изобретения ниже обсуждены в разделах с соответствующими названиями. Однако данные, приведенные в каждом разделе, не обязательно ограничиваются этим конкретным разделом.
Краткое описание чертежей
Ниже настоящее изобретение будет более подробно описано с помощью предпочтительных вариантов осуществления и примеров.
Использование на чертежах и в настоящем описании обозначения "WOK" означает указание на образцы, предлагаемые в настоящем изобретении.
На фиг.1 приведено графическое представление результатов примера 7. Проведено сопоставление скоростей выделения пропионата кальция, капсулированного и подвергнутого обычному распылительному охлаждению.
На фиг.2 приведено полученное с помощью микроскопии в проходящем свете изображение микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении.
На фиг.3 приведены полученные с помощью НСЭМ изображения микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении.
2+
На фиг.4 приведен график, на котором сопоставлены профили выделения подвергнутого обычному распылительному охлаждению, предлагаемого в настоящем изобретении и некапсулированного пропионата Са.
На фиг.5 приведен график, на котором сопоставлены профили выделения подвергнутой обычному распылительному охлаждению, предлагаемой в настоящем изобретении и некапсулированной лимонной кислоты.
На фиг.6 приведен график, на котором сопоставлены профили выделения для подвергнутого распылительному охлаждению и предлагаемого в настоящем изобретении низина при 30°С.
На фиг.7 приведен график, на котором сопоставлены профили выделения образцов бетаина, предлагаемых в настоящем изобретении.
На фиг.8 приведено полученное с помощью микроскопии в проходящем свете изображение микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, которые были заморожены, на котором видно растрескивание жировых частиц вследствие расширения внутренней водной фазы при кристаллизации.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к микрокапсулам, которые включают затвердевшую гидрофобную оболочку-матрицу, капсулированную водную капельку или капельки, которые дополнительно капсулированы в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице или с ее помощью, и активный ингредиент или активные ингредиенты, растворенные в капсулированной водной капельке или капельках или включенные в них.
Предпочтительно, чтобы водная капелька содержала капсулирующее вещество, такое как гидроколлоид, или другое подходящее капсулирующее вещество или их смесь в концентрации, подходящей для того, чтобы оно было способно к гелеобразованию, сшивке, слиянию или агломерации. Предпочтительно, чтобы капсулированная водная капелька представляла собой превращенную в гель или сшитую гидроколлоидную капельку.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения активный ингредиент или активные ингредиенты дважды капсулируют в микрокапсулах. Сначала активный ингредиент растворяют в водной фазе, содержащей капсулирующее вещество, или включают в водную фазу, такую как гидроколлоид или другое подходящее капсулирующее вещество или их смесь, и водную фазу капсулируют, например, с помощью гелеобразования, сшивки, слияния, агломерации или с помощью любых других подходящих средств, и полученную капсулированную водную капельку или капельки дополнительно капсулируют в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице.
Гидрофобная оболочка
Гидрофобную оболочку-матрицу выбирают на основании необходимых свойств микрокапсулы, например на основании назначения микрокапсул, температуры хранения и т.п. Предпочтительная гидрофобная оболочка-матрица должна обладать температурой плавления, превышающей 45°С, так чтобы ее можно было хранить при комнатной температуре, обычно можно использовать любое гидрофобное вещество, если микрокапсулы хранят при температуре, меньшей температуры плавления гидрофобного вещества.
В настоящей заявке расплавленная форма означает, что гидрофобная фаза находится при самой низкой температуре, при которой гидрофобная фаза является достаточно текучей, чтобы стекать в виде капель при исследовании с помощью методики испытаний ASTM D 566 или D 265.
Гидрофобная оболочка-матрица или гидрофобная фаза может быть выбрана из группы, включающей жиры, масла, воски, смолы, эмульгаторы и их смеси, которые предпочтительно являются пищевыми. Предпочтительная гидрофобная оболочка-матрица или гидрофобная фаза выбирается из группы, включающей животные масла и жиры, полностью гидрированные растительные и животные масла, частично гидрированные растительные и животные масла, ненасыщенные, частично гидрированные или полностью гидрированные жирные кислоты, ненасыщенные частично гидрированные или полностью гидрированные моноглицериды и диглицериды жирных кислот, ненасыщенные частично гидрированные или полностью гидрированные моноглицериды и диглицериды этерифицированных жирных кислот, ненасыщенные частично гидрированные или полностью гидрированные свободные жирные кислоты, другие эмульгаторы, животные воски, растительные воски, минеральные воски, синтетические воски, природные и синтетические смолы и их смеси.
Животные масла и жиры представляют собой, но не ограничиваются только ими, говяжий жир, бараний жир, овечий жир, лярд или свиное сало, спермацетовое масло. Растительные масла и предпочтительно частично гидрированные или полностью гидрированные растительные масла представляют собой, но не ограничиваются только ими, масло канолы, хлопковое масло, арахисовое масло, кукурузное масло, оливковое масло, соевое масло, подсолнечное масло, сафлоровое масло, кокосовое масло, пальмовое масло, льняное масло, тунговое масло и касторовое масло. Свободные жирные кислоты представляют собой, но не ограничиваются только ими, стеариновую кислоту, пальмитиновую кислоту и олеиновую кислоту. Другие эмульгаторы представляют собой, но не ограничиваются только ими, полиглицериновые сложные эфиры, сорбитановые эфиры жирных кислот. Животные воски представляют собой, но не ограничиваются только ими, пчелиный воск, ланолин, воск шелухи или воск китайского воскового червеца. Растительные воски представляют собой, но не ограничиваются только ими, карнаубский, канделильский воск, воск восковника или воск сахарного тростника. Минеральные воски представляют собой, но не ограничиваются только ими, парафин, микрокристаллический нефтяной воск, озокерит, церезин или горный воск. Синтетические воски представляют собой, но не ограничиваются только ими, низкомолекулярный полиолефин, простые-сложные эфиры полиолов и синтетические воски, полученные по технологии Фишера-Тропша. Натуральные смолы представляют собой канифоль, живицу, шеллак и зеин.
Капсулируюшее вещество
Капсулированные капельки воды в микрокапсулах, предлагаемых в настоящем изобретении, содержат капсулирующее вещество, такое как гидроколлоид, который представляет собой любой пищевой гидроколлоид или любое другое подходящее капсулирующее вещество и которое способно к капсулированию с помощью гелеобразования (желирования), сшивки, слияния, агломерации или с помощью любых других подходящих средств.
Капсулирующее вещество может быть выбрано из группы, включающей гидроколлоиды, шеллак, зеин, любые синтетические или натуральные растворимые в воде полимеры, любые нерастворимые в воде микрочастицы, такие как диоксид кремния, диоксид титана, гранулы синтетических или натуральных пищевых полимеров и любые нерастворимые в воде твердые частицы, размер частиц которых существенно меньше размера водных капелек в водной фазе и которые способны к агломерации, и их смеси.
Предпочтительно, если гидроколлоид выбирают из группы, включающей альгинат натрия, гуммиарабик, геллановую камедь, крахмал, модифицированный крахмал, гуаровую камедь, агаровую камедь, пектин, амидированный пектин, каррагенан, желатин, хитозан, мескитовую камедь, гиалуроновую кислоту, производные целлюлозы, такие как ацетат-фталат целлюлозы, гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ), метилцеллюлоза, этилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), метилакриловые сополимеры, такие как Eudragit, камедь подорожника, камедь тамаринда, ксантан, камедь рожкового дерева и смесь ксантана с камедью рожкового дерева, пшеничный белок, соевый белок, казеинат натрия и любой пищевой белок и их смеси.
В других вариантах осуществления капсулирующее вещество можно выбрать из любых смесей противоположно заряженных гидроколлоидов, таких как желатин/гуммиарабик, желатин/КМЦ, любые белки/ионогенные гидроколлоиды, любых комбинаций гидроколлоидов со снижающими растворимость веществами, такими как соли, сахара, кислоты или основания, или ацетат-изобутират сахарозы (АИБС), дамаровая камедь, глицерильные эфиры древесной канифоли и их смеси. В случае, когда используются жиры, воски или эмульгаторы, они могут отличаться от гидрофобной матрицы. Такие смеси особенно предпочтительны в качестве капсулирующего материала для слияния.
Капельки воды в микрокапсулах, предлагаемых в настоящем изобретении, являются капсулированными. В настоящей заявке капсулирование означает гелеобразование, сшивку, слияние, агломерирование или капсулирование с помощью любых других средств капсулирования. Предпочтительно, если капельки воды в микрокапсулах, предлагаемых в настоящем изобретении, содержат гидроколлоид и предпочтительно, если капельки воды образовали гель или сшиты.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения микрокапсула включает затвердевшую гидрофобную оболочку-матрицу, превращенную в гель или сшитую капельку или капельки водного гидроколлоида, капсулированные в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице, и активный ингредиент или активные ингредиенты, растворенные в превращенной в гель или сшитой капельке или капельках гидроколлоида или включенные в них.
Превращенные в гель гидроколлоиды обычно обладают температурой желирования, превышающей комнатную температуру. Примеры превращенных в гель гидроколлоидов включают каррагенан, желатин, гуаровую камедь, агаровую камедь, крахмал, модифицированный крахмал и смесь ксантана с камедью рожкового дерева, смесь каррагенана с камедью рожкового дерева, смесь любых гелеобразующих гидроколлоидов с другими негелеобразующими гидроколлоидами.
Сшивку гидроколлоидов проводят с использованием сшивающих агентов или с помощью различных методик. Если гидроколлоидом является белок или полисахарид, содержащий аминогруппы, такой как хитозан, камедь акации, гуммиарабик или мескитовая камедь, его можно сшить с помощью диальдегидов, таких как глутаровый альдегид. Если гидроколлоидом является полисахарид, такой как альгинат натрия, геллановая камедь или пектин, его можно сшить с помощью многовалентных ионов, таких как ионы кальция или магния. Сшивку также можно выполнить с помощью других средств, таких как нагрев, регулирование рН, приложение давления или ферментативная сшивка. Белки, например, можно сшить посредством приложения к белку высокого давления, предпочтительно от 2 до 200 бар или от 5 до 200 бар, и/или посредством нагревания белка до температуры, превышающей температуру денатурации белка. Температура нагрева зависит от подлежащего сшивке гидроколлоида. Ферментативную сшивку белков можно выполнить, например, с помощью трансглутамидазы. В зависимости от применяющегося гидроколлоида специалист в данной области техники может решить, какой способ гелеобразования или сшивки необходимо использовать.
Капельки воды в микрокапсулах, предлагаемых в настоящем изобретении, можно капсулировать посредством слияния. Слияние капсулирующего вещества, такого как гидроколлоид, проводят с помощью любого подходящего способа слияния. Слияние можно выполнить, например, с помощью прибавления соли (солей), сахара (сахаров) или других добавок, которые приводят к фазовому разделению капсулирующего вещества, такого как гидроколлоид(ы). Слияние также можно выполнить посредством нагревания, охлаждения, изменения рН посредством прибавления кислоты или основания, которые приводят к фазовому разделению капсулирующего вещества (веществ), такого как гидроколлоид(ы). Осаждение слитой фазы вокруг водной фазы и на границе раздела между гидрофобной матрицей и водной фазой является самопроизвольным и вызвано силами поверхностного натяжения. Затем слитый слой можно подвергнуть сшивке или отверждению с помощью любых подходящих средств, которые известны специалистам в области слияния.
Капсулирующие вещества, пригодные для слияния, выбирают из группы, включающей шеллак, зеин, любые синтетические или натуральные гидрофобные полимеры, жиры, эмульгаторы, воски, любые смеси противоположно заряженных гидроколлоидов, такие как желатин/гуммиарабик, желатин/КМЦ, любые белки/ионогенные гидроколлоиды, комбинаций гидроколлоидов со снижающими растворимость веществами, такими как соли, сахара, кислоты или основания, или ацетат-изобутират сахарозы (АИБС), дамаровая камедь, глицерильные эфиры древесной канифоли и их смеси.
Агломерация в настоящей заявке обозначает, что микрочастицы сливаются друг с другом с образованием пористой или непористой пленки. Агломерацию капсулирующего вещества проводят посредством прибавления соответствующего количества твердых нерастворимых микрочастиц, размер частиц которых существенно меньше размера водных капелек в водной фазе. Микрочастицами являются, например, диоксид кремния, диоксид титана, гранулы синтетических или натуральных пищевых полимеров или любые нерастворимые в воде твердые частицы, размер частиц которых существенно меньше размера водных капелек в водной фазе. Затем микрочастицам дают самопроизвольно осадиться вокруг водной фазы посредством нагревания микрочастиц до температуры, превышающей температуру их агломерации или температуру стеклования, и тем самым образуется непрерывная пленка из микрочастиц.
Активный ингредиент
Активный ингредиент или смесь активных ингредиентов (которая может быть растворена в капельках воды или включена в превращенные в гель, сшитые, слитые или агломерированные капельки воды) может представлять собой любой ингредиент, предпочтительно гидрофильный пищевой или фармацевтический ингредиент, и его выбирают в соответствии с назначением микрокапсул. Активным ингредиентом может являться, например, неорганическая или органическая соль или кислота, такая как пропионат кальция, пропионовая кислота, сорбиновая кислота, сорбат кальция, аскорбиновая кислота, хлорид натрия, фумаровая кислота, сорбат калия, лимонная кислота или бикарбонат натрия. Активным ингредиентом также может являться ароматизатор, такой как ароматизатор с ароматом пиццы или ароматизатор с ароматом кофе, или активным ингредиентом может являться бактерицидный агент или консервант, такой как бактериоцин (например, низин или педиоцин), натамицин, питательное вещество или витамин, такой как витамин С или бетаин. В микрокапсулах также можно использовать смесь любых из указанных выше ингредиентов.
Предпочтительно выбирать активный ингредиент из группы, включающей ароматизаторы, придающие вкус вещества, питательные вещества, витамины, консерванты, разрыхлители, микроорганизмы, подкислители, антиоксиданты, красители, ферменты, газы, загустители и любые другие фармацевтические ингредиенты. Подходящие фармацевтически активные ингредиенты включают антибиотики, противомикробные вещества, противовоспалительные средства, анальгетики, седативные средства, снотворные средства, анксиолитики, антигистаминные средства, противоаритмические средства, гипотензивные средства, препараты для лечения паркинсонизма, гормоны.
Микрокапсулы, предлагаемые в настоящем изобретении, могут включать примерно от 1 до 100 водных капелек, капсулированных в гидрофобной оболочке-матрице, предпочтительно от 5 до 50 водных капелек. Размер микрокапсулы составляет примерно от 40 до 800 мкм, предпочтительно от 100 до 150 мкм. Размер капельки воды может составлять примерно от 0,1 до 20 мкм, предпочтительно от 1 до 5 мкм. Количество и размер водных капелек, капсулированных в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице микрокапсулы, может меняться в зависимости от назначения микрокапсул. Размер микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, также может меняться в зависимости от назначения.
Способ
Настоящее изобретение также относится к новому способу получения микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, каковой способ включает стадии
а) получение водной фазы, включающей активный ингредиент или активные ингредиенты, растворенные в водной фазе или включенные в нее,
б) получение гидрофобной фазы в расплавленной форме,
в) включение или растворение капсулированного вещества или смеси капсулированных веществ в водной фазе или в гидрофобной фазе,
г) объединение водной фазы с гидрофобной фазой и гомогенизацию или перемешивание объединенных фаз с получением эмульсии вода-в-масле,
д) капсулирование водной фазы в эмульсии и тем самым превращение жидкой водной фазы в капсулированные капельки воды, в результате чего образуется дисперсия, включающая капельки воды, и активный ингредиент или активные ингредиенты растворяются в капельках воды или включаются в них, и
е) обработка дисперсии, полученной на стадии д), с получением микрокапсул, при которой капсулированные капельки воды дополнительно капсулируются в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице или с помощью нее.
В настоящей заявке водная фаза означает воду или смесь воды с любым другим смешивающимся с водой растворителем, таким как этанол, этиленгликоль или глицерин. Водная фаза также может включать добавки, такие как углеводы, такие как моносахариды или олигосахариды, предназначенные для изменения свойств геля гидроколлоида, неорганические соли, предназначенные для изменения свойств гелей белков, консерванты, предназначенные для исключения разложения микрокапсул бактериями и грибами, или эмульгаторы в качестве технологических добавок, сорбитантристеарат или другие эмульгаторы в качестве модификаторов кристаллической формы, гидрофобные натуральные или синтетические полимеры, предназначенные для изменения механических характеристик матрицы, пластификаторы, консерванты, предназначенные для исключения разрушения микрокапсул.
Объединение водной фазы с гидрофобной фазой предпочтительно проводить посредством перемешивания.
Гомогенизацию на стадии г) предпочтительно проводить посредством перемешивания с большим сдвиговым усилием или перемешивания на технологический линии.
Капсулирующее вещество представляет собой гидроколлоид, смесь гидроколлоидов или любое другое капсулирующее вещество или их смесь.
Капсулирование на стадии д) можно проводить с помощью гелеобразования, сшивки, слияния, агломерации или с помощью любых других подходящих средств капсулирования, которые приводят к капсулированию водной фазы, включающей активный ингредиент или активные ингредиенты.
Капсулирование с помощью желирования (гелеобразования) на стадии д) можно проводить посредством охлаждения эмульсии. Капсулирующие вещества, пригодные для использования в качестве гелеобразующих капсулирующих веществ, могут быть выбраны из группы, включающей каррагенан, желатин, крахмал, модифицированный крахмал, агаровую камедь, гуаровую камедь, смесь ксантана с камедью рожкового дерева и смесь любых гелеобразующих гидроколлоидов.
Капсулирование с помощью сшивки на стадии д) проводят с использованием сшивающих реагентов или различными способами, такими как нагрев, приложение давления, посредством ферментативной сшивки. Сшивку можно проводить посредством нагревания эмульсии до температуры, равной от 60 до 120°С. Сшивку также можно проводить посредством воздействия на эмульсию средой, обладающей таким значением рН, которое приводит к денатурации гидроколлоидов. Значение рН обычно составляет от 2 до 12. Сшивку также можно проводить посредством приложения к эмульсии давления, равного от 2 до 200 бар. Сшивающий реагент может быть выбран из группы, включающей диальдегиды, такие как глутаровый альдегид, двухвалентные ионы, такие как ионы кальция или магния, ферменты и другие сшивающие соединения, такие как ирридоиды.
Капсулирование с помощью гелеобразования или сшивки приводит к образованию микрокапсул, в которых активный ингредиент капсулирован в желеобразных капельках, образовавшихся из гидроколлоидной сетки, и они затем дополнительно капсулируются в гидрофобной оболочке-матрице.
Капсулирование с помощью слияния на стадии д) можно проводить посредством уменьшения растворимости капсулирующего вещества, такого как гидроколлоид, так чтобы образовалась слитая фаза и эта слитая фаза затем сама осаждается вокруг водной фазы. Водная фаза в эмульсии капсулируется с образованием дисперсии, содержащей капсулированные твердые капли воды.
Слияние можно проводить или с помощью гидрофильного капсулирующего вещества, или с помощью гидрофобного капсулирующего вещества. Если используется гидрофильное капсулирующее вещество, то гидрофильное капсулирующее вещество сначала растворяют в водной фазе и обычно используют методику уменьшения растворимости, такую как изменение температуры или рН или применение добавок, чтобы удалить гидрофильное капсулирующее вещество из водной фазы, а затем указанное капсулирующее вещество осаждают на границе раздела между гидрофильной фазой в расплавленной форме и водной фазой. Затем капсулирующее вещество необязательно отверждают посредством изменения температуры или рН или прибавления добавок. Если используется гидрофобное капсулирующее вещество, то гидрофобное капсулирующее вещество сначала растворяют в гидрофобной фазе в расплавленной форме и можно использовать методику уменьшения растворимости, такую как изменение температуры или прибавление добавок, чтобы удалить гидрофобное капсулирующее вещество из гидрофобное фазы. После этого можно провести осаждение указанного капсулирующего вещества на границе раздела между гидрофобной фазой и водной фазой.
Капсулирование с помощью агломерации на стадии д) можно проводить посредством прибавления подходящего количества твердых нерастворимых микрочастиц, таких как диоксид кремния, диоксид титана, гранулы синтетических или натуральных пищевых полимеров или любые нерастворимые в воде твердые частицы, размер частиц которых существенно меньше размера водных капелек в водной фазе, каковые микрочастицы способны к агломерации в эмульсии. Затем микрочастицам дают самопроизвольно осадиться вокруг водной фазы на границе раздела между гидрофобной фазой и водной фазой и микрочастицы нагревают до температуры, превышающей температуру их агломерации или температуру их стеклования. Микрочастицы сливаются друг с другом с образованием непрерывной пленки. Таким образом получают дисперсию водных капелек, капсулированных с помощью тонкой пленки агломерированных микрочастиц в гидрофобной оболочке-матрице.
Капсулирующие вещества, пригодные для капсулирования посредством агломерации веществ, могут быть выбраны из группы, включающей любые нерастворимые в воде микрочастицы, такие как диоксид кремния, диоксид титана, гранулы синтетических или натуральных пищевых полимеров и любые нерастворимые в воде твердые частицы, размер частиц которых существенно меньше размера водных капелек в водной фазе в гидрофобной матрице.
Капсулирование с помощью слияния или агломерации приводит к микрокапсулам, в которых тонкое покрытие из капсулирующего вещества осаждается вокруг водных капелек, включающих активный ингредиент(ы) и капелька или капельки дополнительно капсулированы в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице или с ее помощью.
Получение дисперсии объединенного раствора на стадии д) проводят любым подходящим способом или средствами, которые снижают растворимость растворенного капсулирующего вещества, что приводит к осаждению капсулирующего вещества вокруг водной фазы. Предпочтительно проводить стадию д) посредством изменения температуры, понижая или повышая температуру, или посредством прибавления добавок.
Обработку на стадии е) проводят любым подходящим способом, который приводит к затвердеванию гидрофобной фазы с образованием гидрофобной оболочки-матрицы и с образованием микрокапсулы. Обработку предпочтительно проводить посредством распылительного охлаждения или охлаждения в псевдоожиженном слое. Обработку более предпочтительно проводить посредством распылительного охлаждения.
Гидрофобную фазу выбирают на основании необходимых свойств микрокапсулы, например на основании назначения микрокапсул, температуры хранения и т.п. Предпочтительная гидрофобная оболочка-матрица должна обладать температурой плавления, превышающей 45°С, так чтобы ее можно было хранить при комнатной температуре.
Настоящее изобретение предпочтительно относится к способу, который включает стадии
а) получение водной фазы, включающей гидроколлоид или смесь гидроколлоида и активного ингредиента или активных ингредиентов,
б) получение гидрофобной фазы в расплавленной форме,
в) объединение водной фазы, полученной на стадии а), с гидрофобной матрицей, полученной на стадии б), и гомогенизацию объединенного раствора с получением эмульсии,
г) гелеобразование или сшивку гидроколлоидов в эмульсии, в результате чего образуется дисперсия, включающая образовавшие гель или сшитые капельки гидроколлоида, и активный ингредиент или активные ингредиенты растворяются в образовавших гель или сшитых капельках гидроколлоида или включаются в них, и
д) охлаждение дисперсии, полученной на стадии г), посредством распылительного охлаждения или охлаждения в псевдоожиженном слое с образованием микрокапсул, в которых образовавшие гель или сшитые капельки гидроколлоида капсулированы в затвердевшей гидрофобной оболочке-матрице.
Объединение водной фазы, полученной на стадии а), с гидрофобной фазой, полученной на стадии б), предпочтительно проводить посредством перемешивания.
Гомогенизацию на стадии в) предпочтительно проводить посредством перемешивания с большим сдвиговым усилием или перемешивания на технологический линии.
Гидроколлоид, предназначенный для применения в настоящем изобретении, может представлять собой любой пищевой гидроколлоид, предпочтительно представляет собой растворимый в воде и способный к гелеобразованию и/или сшивке.
Гидроколлоид, содержащийся в эмульсии, предпочтительно является гелем или сшитым. Гидроколлоид(ы), подлежащие гелеобразованию, обладают температурой гелеобразования, превышающей температуру хранения. Примеры гелеобразующих гидроколлоидов включают каррагенан, желатин, крахмал, модифицированный крахмал, агаровую камедь, гуаровую камедь и смесь ксантана с камедью рожкового дерева или смесь любых гелеобразующих гидроколлоидов с любыми другими негелеобразующими гидроколлоидами. Гелеобразование гидроколлоидов в эмульсии можно проводить посредством охлаждения эмульсии до или во время стадии охлаждения. Если гелеобразование гидроколлоида проводят во время охлаждения, то эмульсию охлаждают после ее образования. Если гелеобразование гидроколлоида проводят до распылительного охлаждения, то образуется дисперсия, которая включает образовавшие гель капельки гидроколлоида, и затем эту дисперсию охлаждают с образованием микрокапсул.
Сшивающий реагент может быть выбран из группы, включающей диальдегиды, такие как глутаровый альдегид, двухвалентные ионы, такие как ионы кальция или магния, и другие сшивающие соединения, такие как ирридоиды.
Охлаждение дисперсии предпочтительно проводить посредством распылительного охлаждения в распылительной градирне или посредством охлаждения в псевдоожиженном слое в аппарате с псевдоожиженным слоем. Во время распылительного охлаждения гидрофобная матрица, которая в дисперсии находится в расплавленной форме, охлаждается, так что она затвердевает в виде мелких частиц, капсулирующих капельки гидроколлоида. В распылительной градирне можно использовать газ при комнатной температуре или охлажденный газ. Предпочтительно, если газом или охлаждающим газом является воздух. Температура охлаждающего газа может составлять от -270 до 50°С, предпочтительно от -50 до 40°С и более предпочтительно от -20 до 20°С.
Характеристики микрокапсул можно изменить посредством изменения технологических параметров описанных выше способов. Например, пластификаторы можно прибавить в гидрофобную матрицу для увеличения эластичности и изменения механических характеристик наружной оболочки и липазные ферменты можно прибавить в водную фазу для изменения скорости выделения.
Одна микрокапсула, полученная способом, предлагаемым в настоящем изобретении, может включать примерно от 1 до 100 водных капелек, включенных в гидрофобную оболочку-матрицу, предпочтительно от 5 до 50 водных капелек. Размер микрокапсулы составляет примерно от 40 до 800 мкм, предпочтительно от 100 до 150 мкм. Размер капельки воды может составлять примерно от 0,1 до 20 мкм, предпочтительно от 1 до 5 мкм.
Настоящее изобретение также относится к применению микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении. Описанные выше микрокапсулы можно применять в самых различных случаях в пищевой промышленности и для фармацевтических целей.
Микрокапсулы, предлагаемые в настоящем изобретении, можно применять в самых различных случаях в зависимости от свойств микрокапсул, активного ингредиента или их смеси, гидроколлоида, гидрофобной матрицы и размера микрокапсул. Настоящее изобретение обеспечивает регулируемое выделение активных ингредиентов из микрокапсул. Выделение активных ингредиентов из микрокапсул можно регулировать посредством инициирования выделения различными способами, например посредством нагревания, посредством нагревания в микроволновой печи или любым другим подходящим способом. Выделение активных ингредиентов из микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, также может происходить очень медленно. Выделение активного ингредиента также происходит при замораживании микрокапсул. Замораживание приводит к расширению водной фазы, что вызывает растрескивание наружной гидрофобной матрицы. После оттаивания активный ингредиент быстро выделяется из микрокапсулы.
Например, при хлебопечении с помощью микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, можно обеспечить замедленное выделение препятствующего формованию агента. Это важно для предотвращения ингибирования необходимой активности хлебопекарных дрожжей. Если в качестве активных ингредиентов применяются низин или натамицин, то обеспечивается повышенная тепловая стабильность пастеризованных и подвергнутых тепловой обработке пищевых продуктов. Замедленное выделение хлорида натрия также очень важно, например, для сыров с целью исключения вредных взаимодействий с культурами закваски. С помощью микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, можно обеспечить тепловую стабильность витамина С при хлебопечении/изготовлении кондитерских изделий.
Бетаин используется в кормах для пополнения питательной ценности кормов для рыбы и креветок. Однако, поскольку он является весьма гигроскопичным и хорошо растворим в воде, трубно обеспечить постоянное выделение для рыб в течение длительного периода времени, поскольку бетаин выщелачивается из гранул корма до того, как их съедят животные.
Капсулирование в соответствии с настоящим изобретением может предотвратить преждевременное растворение, что обеспечивает эффективное предоставление бетаина рыбам. Распылительное охлаждение не может привести к образованию микрокапсул, которые в водной среде удерживают свое содержимое в течение более 10-15 мин, что недостаточно долго для применения в корме для рыб. Эти затруднения преодолеваются с помощью бетаина, капсулированного в соответствии с настоящим изобретением.
Настоящее изобретение относится к применению микрокапсул в качестве ароматизаторов, бактерицидных средств, консервантов и агентов, обеспечивающих медленное, регулируемое и/или пролонгированное выделение активного ингредиента (активных ингредиентов). Микрокапсулы, предлагаемые в настоящем изобретении, можно использовать для самых различных фармацевтических целей, когда необходимо медленное, регулируемое и/или пролонгированное выделение фармацевтически активного ингредиента. Такое применение включает, например, таблетки-депо и системы чрескожного введения.
Регулируемое выделение ароматизаторов в пищевых продуктах, таких как выпечка, пицца, быстрорастворимый кофе, чай в пакетиках, обеспечивается с помощью микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, содержащих ароматизаторы в качестве активного ингредиента. Капсулированные ароматизаторы удерживаются в продукте, пока для выделения ароматизаторов на них не воздействует нагрев и/или нагрузка. Нагрев можно выполнить, например, с помощью микроволновой печи, обычной печи или горячей воды. Нагрузку можно создать, например, с помощью условий обработки или пережевыванием.
С помощью микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, обеспечивается медленное выделение бактериоцина, например, в обработанных мясных продуктах или напитках, таких как апельсиновый сок. Если в качестве активного ингредиента в капельках воды в микрокапсулах, предлагаемых в настоящем изобретении, используется консервант, то консервант медленно выделяется в продукте по мере его естественного разложения. Это эффективно предотвращает рост грибов и других нежелательных микроорганизмов в течение более продолжительного периода времени, чем при использовании некапсулированного консерванта, что обеспечивает более продолжительную сохранность пищевого продукта. Покрытие также может обеспечить тепловую стабильность бактериоцина и консервантов, так чтобы они могли выдержать тепловую обработку и тяжелые условия обработки, но сохранить активность при хранении обработанного продукта.
Микрокапсулы, предлагаемые в настоящем изобретении, обеспечивают замедленное выделение соли при изготовлении сыра, что позволяет проводить 1-стадийный процесс вместо 2-стадийного процесса. Замедленное выделение соли обеспечивает надлежащее функционирование культуры закваски в начале, поскольку она не испытывает вредного воздействия соли. После завершения ферментации соль выделяется. В типичном процессе соль прибавляют после завершения ферментации с помощью погружения сыра в рассол на длительное время.
С помощью микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, обеспечивается замедленное выделение противомикробных агентов при хлебопечении. Консерванты широко применяются для продления срока годности хлеба и других хлебобулочных изделий, но за счет вредного воздействия на эффективность действия дрожжей. Замедленное выделение обеспечивает более эффективное использование дрожжей, а также консервирование после выделения активного ингредиента во время выпекания. В качестве дополнительного преимущества пропионовую кислоту, которая активнее, чем ее кальциевая соль, но которую труднее использовать вследствие ее высокой кислотности и жидкой формы, можно превратить в стабильный порошок, который легко использовать.
Фармацевтически активные ингредиенты, капсулированные в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивают медленное, регулируемое и/или пролонгированное выделение активного ингредиента с течением времени, например, в таблетках-депо, более дешевым образом, чем это выполняют в настоящее время (с помощью покрытия, нанесенного в псевдоожиженном слое). Капсулирование в соответствии с настоящим изобретением также обеспечивает стабильность фармацевтически активных ингредиентов в желудочно-кишечном тракте (при низком рН), что обеспечивает их последующее выделение в кишечном тракте, где действительно происходит всасывание большинства фармацевтически активных ингредиентов. Примеры подходящих фармацевтически активных ингредиентов включают антибиотики, противомикробные вещества, противовоспалительные средства, анальгетики, седативные средства, снотворные средства, анксиолитики, антигистаминные средства, противоаритмические средства, гипотензивные средства, препараты для лечения паркинсонизма и гормоны.
Другие ингредиенты и возможные области применения являются следующими:
Бетаин - кормовые вещества
Низин - хлебопечение
Натамицин - хлебопечение
Аскорбиновая кислота - хлебопечение, раскатанное тесто
Сорбиновая кислота - хлебопечение
Ароматизаторы - замороженная пицца, напитки, блюда из хлебных злаков
Пропионовая кислота - хлебопечение
Низин - оболочка для колбасных изделий, винегрет
Лимонная, фумаровая кислота - хлебопечение, плоские маисовые лепешки
Вода - приготовление низкокалорийного жира для намазывания на хлеб, хлебопечение
Хлорид натрия используется в сыре в качестве вкусовой добавки и обычно прибавляется в конце созревания посредством погружения всей головки сыра в рассол. Это требует длительного времени и является дорогостоящим. Предварительные исследования показали, что капсулированный хлорид натрия можно прибавить в молоко в начале ферментации и замедленное выделение уменьшает вредное воздействие соли на культуру закваски, но обеспечивает надлежащие вкусовые качества в конце созревания.
Аскорбиновая кислота применяется в слоеном тесте для упрочнения глютеновой сетки во время окислительной сшивки белков. Сшивка и уплотнение матрицы теста должны происходить после стадии замешивания/слоения теста, так чтобы не ухудшить структуру готового продукта. Преждевременная сшивка и уплотнение приводят к тесту, которое труднее обрабатывать и которое непривлекательно по внешнему виду. Замедленное выделение аскорбиновой кислоты вследствие капсулирования обеспечивает более легкую обработку теста до уплотнения. По сравнению с распылительным охлаждением капсулирование обладает тем преимуществом, что оно эффективнее задерживает выделение и поступление уже растворенной аскорбиновой кислоты обеспечивает быстрое распределение кислоты после ее выделения.
Капсулирование воды также может быть полезно. Согласно настоящему изобретению можно прочно капсулировать воду. С использованием капсулированной воды можно приготовить хлеб Ciabatta, обладающий крупными и неравномерными порами: во время выпекания выделяются капельки воды, при испарении которых образуются крупные поры. Неразбрызгивающуюся обладающую низкой жирностью пасту для намазывания можно получить, если вода, использующаяся в эмульсии, капсулирована и при нагревании менее вероятно ее испарение.
Дополнительные компоненты
Капсулированное противомикробное средство в дополнение к ядру из активного ингредиента и оболочке из капсулирующего материала может содержать один или большее количество компонентов. Эти один или большее количество компонентов можно капсулировать или не капсулировать в оболочке или с помощью оболочки совместно с активным ингредиентом. Другими словами, дополнительные компоненты можно капсулировать в оболочке или с помощью оболочки совместно с активным ингредиентом или они могут находится за пределами оболочки. Когда используется один или большее количество дополнительных компонентов, образуется указанная выше комбинация (один компонент может находиться в оболочке, а другой - за пределами оболочки).
Обычно капсулированное противомикробное средство не вводится в пищевой продукт само по себе. Так, в одном варианте осуществления капсулированное противомикробное средство вводится в пищевой продукт в носителе. Предпочтительно, если носитель представляет собой или включает воду.
Плотность капсулированного противомикробного средства должна быть близкой к плотности носителя (такого как рассол), чтобы исключить отделение или осаждение капсулированного противомикробного средства и тем самым предотвратить неравномерное распределение капсулированного противомикробного средства во время внесения или замешивания. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления носитель и капсулированное противомикробное средство обладают в основном одинаковой плотностью.
Близость плотностей носителя и капсулированного противомикробного средства можно обеспечить тщательным подбором носителя и капсулированного противомикробного средства. Альтернативно ее можно обеспечить посредством модификации капсулированного противомикробного средства, такой чтобы оно обладало плотностью, очень близкой к плотности носителя, или модификации носителя, такой чтобы он обладал плотностью, очень близкой к плотности капсулированного противомикробного средства. Капсулированное противомикробное средство можно модифицировать посредством смешивания капсулированного противомикробного средства с маслом, таким как бромированное масло. Носитель можно модифицировать посредством включения дополнительных компонентов, таких как ксантановая камедь.
Носитель может содержать один или большее количество дополнительных компонентов. Однако в некоторых вариантах осуществления носитель не содержит дополнительных компонентов или не содержит дополнительных компонентов, которые существенно влияют на свойства композиции.
В одном предпочтительном варианте осуществления носитель дополнительно содержит эмульгатор. Предпочтительно, если эмульгатор выбирают из группы, включающей полиоксиэтиленсорбитановые сложные эфиры (Е432-Е436), также известные под названием полисорбатов (например, Tween 80, Tween 20), моноглицериды, диглицериды, эфиры уксусной кислоты моно-дигдицеридов, эфиры виннокаменной кислоты моногдицеридов и эфиры лимонной кислоты моно-дигдицеридов.
Капсулированное противомикробное средство может содержать один или большее количество дополнительных компонентов. Однако в некоторых вариантах осуществления капсулированное противомикробное средство не содержит дополнительных компонентов или не содержит дополнительных компонентов, которые существенно влияют на свойства композиции.
В одном предпочтительном варианте осуществления капсулированное противомикробное средство дополнительно содержит экстракт, полученный или получаемый из растения семейства Labiatae. Необязательно в этом варианте осуществления и предпочтительно, если противомикробное средство содержит низин, чтобы композиция включала карвакрол в количестве, составляющем менее 0,075 мас.% в пересчете на композицию, и карвон в количестве, составляющем менее 15 мас.% в пересчете на композицию. Композиции, включающие противомикробное средство и экстракт, полученный или получаемый из растения семейства Labiatae, обсуждены в нашей заявке на патент Великобритании No. 0323335.0. Все положения GB 0323335.0 применимы к предложенной в настоящем изобретении системе.
В этом варианте осуществления предпочтительно, чтобы экстракт, полученный или получаемый из растения семейства Labiatae, не был капсулирован в оболочке или с ее помощью совместно с противомикробным средством.
В одном предпочтительном варианте осуществления экстракт содержит карвакрол в количестве, составляющем менее 0,075 мас.% в пересчете на композицию, предпочтительно в количестве, составляющем менее 0,04 мас.% в пересчете на композицию, более предпочтительно в количестве, составляющем менее 0,02 мас.% в пересчете на композицию.
В одном предпочтительном варианте осуществления экстракт содержит карвон в количестве, составляющем менее 0,075 мас.% в пересчете на композицию, предпочтительно в количестве, составляющем менее 0,04 мас.% в пересчете на композицию, более предпочтительно в количестве, составляющем менее 0,02 мас.% в пересчете на композицию.
В одном предпочтительном варианте осуществления экстракт содержит тимол в количестве, составляющем менее 0,1 мас.% в пересчете на композицию, предпочтительно в количестве, составляющем менее 0,075 мас.% в пересчете на композицию, более предпочтительно в количестве, составляющем менее 0,0 мас.% в пересчете на композицию.
В одном варианте осуществления применяющийся экстракт получают из растения семейства Labiatae.
Специалист в данной области техники должен понимать, что термин "экстракт" или "экстракты" означает любой компонент растения, который можно выделить из целого растения.
В одном варианте осуществления экстракт, применяющийся в настоящем изобретении, получают из растения семейства Labiatae. Специалист в данной области техники должен понимать, что экстракт, получаемый из растения, можно получить из растения или можно выделить из растения, идентифицировать и затем получить из альтернативного источника, например, посредством химического синтеза или ферментативного получения. Например, экстракт можно получить с помощью эукариотной или проэукариотной ферментации, с помощью генетического воздействия. Авторы настоящей заявки установили, что продукты, содержащиеся в растениях семейства Labiatae, могут синергетически повышать активность противомикробного средства, предпочтительно бактериоцина. Эти продукты можно получить из любого источника и они входят в объем настоящего изобретения.
Настоящее изобретение включает применение комбинации бактериоцина, такого как низин, и растения семейства Labiatae, такого как розмарин (Rosmarinus officinalis) или шалфей (Salvia officinalis), которые совместно обеспечивают улучшенное уничтожение грамположительных бактерий в пищевой системе. Экстракты, обеспечивающие синергизм в настоящем изобретении, предпочтительно относятся к экстрактам растений семейства Labiatae, которые подвергнуты селективной экстракции ("дезодорированные экстракты") для увеличения содержания фенольного дитерпена (такого как карнозол и карнозиновая кислота), содержания фенольного тритерпена (такого как урсоловая кислота, бетулиновая кислота и олеанолевая кислота) или содержания розмариновой кислоты. Эти дезодорированные экстракты могут отличаться высоким содержанием фенольного дитерпена (например, более 3,5 мас.%) и низким содержанием (менее 1 мас.%) придающих вкус соединений из числа растительных эфирных масел и олеосмол, которые применяются, как ароматизаторы или отдушки. Эфирные масла обычно экстрагируют посредством обычной перегонки растительного материала с паром.
В одном предпочтительном варианте осуществления экстракт представляет собой дезодорированный экстракт. Предпочтительно, если (дезодорированный) экстракт содержит от 1,0 до 70 мас.% фенольных дитерпенов, предпочтительно от 3,5 до 70 мас.% фенольных дитерпенов и менее 1 мас.% эфирного масла.
В одном предпочтительном варианте осуществления экстракт выбирают из группы, включающей фенольные дитерпены, фенольные тритерпены и розмариновую кислоту.
В одном предпочтительном варианте осуществления экстракт представляет собой или включает фенольный дитерпен. Предпочтительно, если фенольный дитерпен выбирают из группы, включающей карнозиновую кислоту, карнозол, метилкарнозиновую кислоту и их смеси. Предпочтительно, если фенольный дитерпен выбирают из группы, включающей карнозиновую кислоту и карнозол.
В одном предпочтительном варианте осуществления экстракт содержит фенольные дитерпены в количестве, превышающем 1,0 мас.%, в пересчете на композицию, предпочтительно в количестве, превышающем 2,0 мас.%, в пересчете на композицию, более предпочтительно  в количестве, превышающем 3,0 мас.%, в пересчете на композицию, еще более предпочтительно в количестве, превышающем 3,5 мас.%, в пересчете на композицию.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления экстракт содержит один или большее количество фенольных тритерпенов. Предпочтительно, если фенольные тритерпены выбирают из группы, включающей бетулиновую кислоту, олеанолевую кислоту и урсоловую кислоту.
В одном предпочтительном варианте осуществления экстракт представляет собой или включает фенольный тритерпен. Предпочтительно, если фенольный тритерпен выбирают из группы, включающей бетулиновую кислоту, олеанолевую кислоту и урсоловую кислоту.
В одном предпочтительном варианте осуществления экстракт представляет собой или включает розмариновую кислоту.
В одном предпочтительном варианте осуществления растение семейства Labiatae выбирают из группы, включающей розмарин, шалфей, душицу, майоран, мяту, мелиссу, чабер и тимьян. В одном предпочтительном варианте осуществления растение семейства Labiatae выбирают из группы, включающей розмарин, шалфей, душицу, майоран, мяту, мелиссу и чабер. Следует понимать, что эти названия включают все виды и сорта растений, известных под указанными названиями.
В одном предпочтительном варианте осуществления растение семейства Labiatae выбирают из группы, включающей розмарин (Rosmarinus officinalis L.), шалфей (Salvia officinalis L.) душицу (Origanum vulgare L.), майоран (Origanum marjorana L.), мяту (Mentha spp.), мелиссу (Melissa officinalis L.), чабер (Satureia hortensis), тимьян (Thymus vulgaris L.).
В одном предпочтительном варианте осуществления растение семейства Labiatae выбирают из группы, включающей розмарин (Rosmarinus officinalis L.), шалфей (Salvia officinalis L.) душицу (Origanum vulgare L.), майоран (Origanum marjorana L.), мяту (Mentha spp.), мелиссу (Melissa officinalis L.) и чабер (Satureia hortensis).
В одном предпочтительном варианте осуществления растением семейства Labiatae является розмарин.
В одном предпочтительном варианте осуществления экстракт содержит придающие вкус вещества и/или эфирные масла в количестве, составляющем менее 1 мас.% в пересчете на экстракт. В одном предпочтительном варианте осуществления экстракт содержит придающие вкус вещества и/или эфирные масла в количестве, составляющем менее 1 мас.% в пересчете на композицию.
Обычно придающие вкус вещества и/или эфирные масла представляют собой камфару, вербенон, борнеол и альфа-терпинеол.
В одном предпочтительном варианте осуществления суммарное количество камфары, содержащееся в экстракте, составляет менее 1 мас.% (предпочтительно менее 0,2 мас.%, более предпочтительно менее 0,15 мас.%, более предпочтительно менее 0,1 мас.%) в пересчете на экстракт.
В одном предпочтительном варианте осуществления суммарное количество вербенона, содержащееся в экстракте, составляет менее 1 мас.% (предпочтительно менее 0,2 мас.%, более предпочтительно менее 0,15 мас.%, более предпочтительно менее 0,1 мас.%) в пересчете на экстракт.
В одном предпочтительном варианте осуществления суммарное количество борнеола, содержащееся в экстракте, составляет менее 1 мас.% (предпочтительно менее 0,2 мас.%, более предпочтительно менее 0,15 мас.%, более предпочтительно менее 0,1 мас.%) в пересчете на экстракт.
В одном предпочтительном варианте осуществления суммарное количество альфа-терпинеола, содержащееся в экстракте, составляет менее 1 мас.% (предпочтительно менее 0,2 мас.%, более предпочтительно менее 0,15 мас.%, более предпочтительно менее 0,1 мас.%) в пересчете на экстракт.
В одном предпочтительном варианте осуществления суммарное количество камфары, вербенона, борнеола и альфа-терпинеола, содержащееся в экстракте, составляет менее 1 мас.% (предпочтительно менее 0,2 мас.%, более предпочтительно менее 0,15 мас.%, еще более предпочтительно менее 0,1 мас.%) в пересчете на экстракт.
В одном предпочтительном варианте осуществления капсулированное противомикробное средство дополнительно содержит хелатообразующий агент. Предпочтительно, если хелатообразующий агент выбирают из группы, включающей ЭДТК (этилендиаминтетрауксусная кислота), лимонная кислота, монофосфаты, дифосфаты, три- и полифосфаты.
Другие подходящие хелатообразующие агенты описаны в US 5573801 и включают карбоновые кислоты, многоосновные карбоновые кислоты, аминокислоты и фосфаты. В частности, могут быть применимы следующие соединения и их соли:
уксусная кислота, аденин, адипиновая кислота, АДФ (аденозиндифосфат), аланин, В-аланин, альбумин, аргинин, аскорбиновая кислота, аспарагин, аспарагиновая кислота, АТФ (аденозинтрифосфат), бензойная кислота, н-масляная кислота, казеин, цитраконовая кислота, лимонная кислота, цистеин, дегидроуксусная кислота, десферри-феррихризин, десферри-феррихром, десферри-ферриоксамин Е, 3,4-дигидроксибензойная кислота, диэтилентриаминпентауксусная кислота (ДТТК), диметилглиоксим, О,О-диметилпурпурогаллин, ЭДТК, муравьиная кислота, фумаровая кислота, глобулин, глюконовая кислота, глутаминовая кислота, глутаровая кислота, глицин, гликолевая кислота, глицилглицин, глицилсаркозин, гуанозин, гистамин, гистидин, 3-гидроксифлавон, инозин, инозинтрифосфат, не содержащий железа феррихром, изовалериановая кислота, итаконовая кислота, койевая кислота, молочная кислота, лейцин, лизин, малеиновая кислота, яблочная кислота, метионин, метилсалицилат, нитрилотриуксусная кислота (НТК), орнитин, ортофосфат, щавелевая кислота, оксистеарин, В-фенилаланин, фосфорная кислота, фитат, пимелиновая кислота, триметилуксусная кислота, полифосфат, пролин, пропионовая кислота, пурин, пирофосфат, пировиноградная кислота, рибофлавин, салициловый альдегид, саркозин, серии, сорбит, янтарная кислота, виннокаменная кислота, тетраметафосфат, тиосульфат, треонин, триметафосфат, трифосфат, триптофан, уридиндифосфат, уридинтрифосфат, н-валериановая кислота, валин и ксантозин.
Многие из этих приведенных выше комплексообразующих агентов применимы при обработке пищевых продуктов в виде солей, которыми обычно являются соли щелочных металлов и щелочноземельных металлов, такие как соли натрия, калия или кальция или четвертичные аммониевые соли. Многовалентные комплексообразующие агенты можно с успехом использовать для регулирования рН или селективного введения или удаления ионов металлов, например, в покрытиях пищевых продуктов. Дополнительная информация о хелатообразующих агентах приведена в публикациях Т.Е.Furia (ред.), CRC Handbook of Food Additives, 2-ое изд., сс.271-294 (1972, Chemical Rubber Co.) и M.S.Peterson и А.М.Johnson (ред.). Encyclopaedia of Food Science, cc.694-699 (1978, AVI Publishing Company, Inc.), и обе эти публикации включены в настоящее изобретение в качестве ссылки.
Термин "хелатообразующий агент" определяется, как органические или неорганические соединения, способные образовывать координационные комплексы с металлами. Кроме того, при использовании в настоящем изобретении термин "хелатообразующий агент" включает соединения, образующие молекулярные соединения включения, такие как циклодекстрин. Хелатообразующий агент может быть неорганическим или органическим, но предпочтительным является органический.
Предпочтительный хелатообразующий агент является нетоксичным для млекопитающих и включает аминополикарбоновые кислоты и их соли, такие как этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТК) и ее соли (предпочтительно ее ди- и тринатриевые соли), и гидроксикарбоновые кислоты и их соли, такие как лимонная кислота. Однако в настоящем изобретении предположительно применим хелатообразующий агент, не являющийся лимонной кислотой и цитратом, такой как уксусная кислота, молочная кислота, виннокаменная кислота и их соли.
Как отмечено выше, термин "хелатообразующий агент" определен и применяется в настоящем изобретении в качестве синонима комплексообразующего агента и определен как включающий и соединения, образующие молекулярные соединения включения, такие как циклодекстрин. Циклодекстрины являются циклическими углеводными молекулами, содержащими 6, 7 или 8 мономерных глюкозных звеньев, расположенных в виде тороидального кольца, и называются альфа-, бета- и гамма-циклодекстринами соответственно. При использовании в настоящем изобретении циклодекстрин означает немодифицированные и модицифированные циклодекстриновые мономеры и полимеры. Образующие молекулярные соединения включения циклодекстрины продает фирма «American Maize-Products of Hammond, Ind.» Циклодекстрины также описаны в главе 11 под названием "Industrial Applications of Cyclodextrin", написанной J.Szejtli, cc.331-390, в публикации «Inclusion Compounds», т.III (Academic Press, 1984), и эта глава включена в настоящее изобретение в качестве ссылки.
Предпочтительно, если хелатообразующий агент усиливает бактерицидную активность и/или спектр бактерицидного воздействия бактериоцина. Более предпочтительно, если хелатообразующий агент усиливает бактерицидную активность и/или спектр бактерицидного воздействия бактериоцина по отношению к грамотрицательным бактериям и другим микроорганизмам.
Согласно изобретению мы обнаружили, что применение хелатообразующего агента особенно эффективно с точки зрения усиления бактерицидной активности и/или спектра бактерицидного воздействия применяющегося бактериоцина. Это усиление возможно независимо от способа выделения капсулированным противомикробным средством и характера оболочки капсулированного противомикробного средства.
Примеры
Пример 1. Капсулирование ароматизатора с ароматом пиццы.
Сначала готовят раствор 1,5 г κ-каррагенана в 110 мл воды при 85°С. К нему прибавляют 110 мл предварительно подогретого (80°С) жидкого растворимого в воде ароматизатора с ароматом пиццы. Полученную смесь тщательно перемешивают. Затем смесь 200 г растительного триглицерида (GRINDSTED PS 101, т.пл. 58°С) и 11 г ацетилированного эмульгатора (Acetem 50 00) расплавляют при 85°С на водяной бане. Расплавленную смесь жиров поддерживают в гомогенизированном состоянии (смеситель Silverson, 8000 оборотов/мин) и медленно прибавляют водную смесь. Гомогенизацию продолжают в течение 5 мин после прибавления всей водной смеси и затем при непрерывном перемешивании прибавляют раствор 0,45 г полисорбата 80 в 15 мл воды. Сразу же после этого низковязкую эмульсию вода-в-масле подвергают распылительному охлаждению в распылительной градирне Niro при следующих условиях: температура воздуха на входе 10°С, температура воздуха на выходе 28°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин. Получают сыпучий порошок с ароматом пиццы.
Образец замороженной пиццы диаметром 6 дюймов посыпают с помощью 1,5 г придающего вкус порошка и выпекают в микроволновой печи в течение 2 мин при средней и высокой интенсивности излучения. После извлечения из микроволновой печи ароматизированные образцы пиццы явно обладают более интенсивным ароматом пиццы, чем контрольные образцы пиццы.
Пример 2. Капсулирование ароматизатора с ароматом кофе.
Сначала готовят раствор 1,5 г κ-каррагенана в 110 мл воды при 85°С. К нему прибавляют 110 мл предварительно подогретого (80°С) растворимого в воде ароматизатора с ароматом кофе. Полученную смесь тщательно перемешивают. Затем смесь 200 г растительного триглицерида (GRINDSTED PS 101, т.пл. 58°С) и 11 г ацетилированного эмульгатора (Acetem 50 00) расплавляют при 85°С на водяной бане. Расплавленную смесь жиров поддерживают в гомогенизированном состоянии (смеситель Silverson, 8000 оборотов/мин) и медленно прибавляют водную смесь. Гомогенизацию продолжают в течение 5 мин после прибавления всей водной смеси и затем при непрерывном перемешивании прибавляют раствор 0,45 г полисорбата 80 в 15 мл воды. Сразу же после этого низковязкую эмульсию вода-в-масле подвергают распылительному охлаждению в распылительной градирне Niro при следующих условиях: температура воздуха на входе 10°С, температура воздуха на выходе 28°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин. Получают сыпучий порошок с ароматом кофе.
Порошок ароматизатора добавляют в горячую воду (90°С), за 1 мин возникает интенсивный аромат кофе.
Пример 3. Капсулирование низина.
Сначала готовят раствор 15 г к-каррагенана в 1000 мл фталатного буфера при рН 3,5, готовят при 85°С. К нему прибавляют 300 г имеющегося в продаже экстракта низина (Nisaplin, Danisco). Полученную смесь тщательно перемешивают. Одновременно смесь 1333 г растительного триглицерида (GRINDSTED PS 101, т.пл. 58°С) и 73 г ацетилированного эмульгатора (Acetem 50 00) расплавляют при 85°С на водяной бане. Расплавленную смесь жиров поддерживают в гомогенизированном состоянии (смеситель Silverson, 8000 оборотов/мин) и медленно прибавляют водную смесь. Гомогенизацию продолжают в течение 5 мин после прибавления всей водной смеси и затем при непрерывном перемешивании прибавляют раствор 3 г полисорбата 80 в 40 мл воды. Сразу же после этого низковязкую эмульсию вода-в-масле подвергают распылительному охлаждению в распылительной градирне Niro при следующих условиях: температура воздуха на входе 10°С, температура воздуха на выходе 28°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин. Получают сыпучий порошок. Включение капсулированного низина в суспензионную среду для последующего распыления на пищевые продукты, такие как колбасы, колбасные оболочки, мясные продукты или любые другие пищевые продукты, для которых необходимы бактериоциды, приводит к намного более стабильной композиции, содержащей низин, чем в случаях, когда в суспензионных средах применяется некапсулированный или подвергнутый обычному распылительному охлаждению низин, что резко увеличивает срок годности низина до пастеризации пищевого продукта. Например, подвергнутый распылительному охлаждению низин выделяется в суспензионные среды и вследствие этого подвергается быстрому разложению на 57% после пребывания в суспензионных средах в течение 3 дней. Капсулированный низин, использованный в настоящем примере, за 3 дня выделяется только на 7%.
Пример 4. Капсулирование низина.
Сначала готовят раствор 15 г альгината натрия в 1000 мл фталатного буфера при рН 3,5 и при 85°С. К нему прибавляют 300 г имеющегося в продаже экстракта низина (Nisaplin, Danisco). Полученную смесь тщательно перемешивают. Одновременно смесь 1333 г растительного триглицерида (GRINDSTED PS 101, т.пл. 58°С) и 73 г ацетилированного эмульгатора (Acetem 50 00) расплавляют при 85°С на водяной бане. Расплавленную смесь жиров поддерживают в гомогенизированном состоянии (смеситель Silverson, 8000 оборотов/мин) и медленно прибавляют водную смесь. После включения водной смеси по каплям прибавляют раствор 7 г хлорида кальция в 70 мл воды. Гомогенизацию продолжают в течение еще 5 мин и затем при непрерывном перемешивании прибавляют раствор 3 г полисорбата 80 в 40 мл воды. Сразу же после этого низковязкую эмульсию вода-в-масле подвергают распылительному охлаждению в распылительной градирне Niro при следующих условиях: температура воздуха на входе 10°С, температура воздуха на выходе 28°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин. Получают сыпучий порошок. Как отмечено выше, капсулированный низин, использованный в настоящем примере, является в водной среде более стабильным, чем подвергнутый обычному распылительному охлаждению образец. Например, подвергнутый распылительному охлаждению низин выделяется в суспензионные среды и вследствие этого подвергается быстрому разложению на 57% после пребывания в суспензионных средах в течение 3 дней. Капсулированный низин, использованный в настоящем примере, за 3 дня выделяется только на 0,1%.
Пример 5. Капсулирование хлорида натрия.
Сначала готовят раствор 15 г κ-каррагенана в 1000 мл воды при 85°С. К нему прибавляют 585 г хлорида натрия. Полученную смесь тщательно перемешивают. Одновременно смесь 1333 г растительного триглицерида (GRINDSTED PS 101, т.пл. 58°С) и 73 г ацетилированного эмульгатора (Acetem 50 00) расплавляют при 85°С на водяной бане. Расплавленную смесь жиров поддерживают в гомогенизированном состоянии (смеситель Silverson, 8000 оборотов/мин) и медленно прибавляют водную смесь. Гомогенизацию продолжают в течение 5 мин после прибавления всей водной смеси и затем при непрерывном перемешивании прибавляют раствор 3 г полисорбата 80 и 40 мл воды. Сразу же после этого низковязкую эмульсию вода-в-масле подвергают распылительному охлаждению в распылительной градирне Niro при следующих условиях: температура воздуха на входе 10°С, температура воздуха на выходе 28°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин. Получают сыпучий порошок.
Пример 6. Капсулирование сорбиновой кислоты.
Сначала готовят раствор 15 г κ-каррагенана в 1000 мл воды при 85°С. К нему прибавляют 300 г сорбиновой кислоты. Полученную смесь тщательно перемешивают.Одновременно смесь 1333 г растительного триглицерида (GRINDSTED PS 101, т.пл. 58°С) и 73 г ацетилированного эмульгатора (Acetem 50 00) расплавляют при 85°С на водяной бане. Расплавленную смесь жиров поддерживают в гомогенизированном состоянии (смеситель Silverson, 8000 оборотов/мин) и медленно прибавляют водную смесь. Гомогенизацию продолжают в течение 5 мин после прибавления всей водной смеси и затем при непрерывном перемешивании прибавляют раствор 3 г полисорбата 80 в 40 мл воды. Сразу же после этого низковязкую эмульсию вода-в-масле подвергают распылительному охлаждению в распылительной градирне Niro при следующих условиях: температура воздуха на входе 10°С, температура воздуха на выходе 28°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин. Получают сыпучий порошок.
Пример 7. Капсулирование пропионата кальция.
Сначала готовят раствор 15 г κ-каррагенана в 1000 мл воды при 85°С. К нему прибавляют 300 г пропионата кальция. Полученную смесь тщательно перемешивают. Одновременно смесь 1333 г растительного триглицерида (GRINDSTED PS 101, т.пл. 58°С) и 73 г ацетилированного эмульгатора (Acetem 50 00) расплавляют при 85°С на водяной бане. Расплавленную смесь жиров поддерживают в гомогенизированном состоянии (смеситель Silverson, 8000 оборотов/мин) и медленно прибавляют водную смесь. Гомогенизацию продолжают в течение 5 мин после прибавления всей водной смеси и затем при непрерывном перемешивании прибавляют раствор 3 г полисорбата 80 в 40 мл воды. Сразу же после этого низковязкую эмульсию вода-в-масле подвергают распылительному охлаждению в распылительной градирне Niro при следующих условиях: температура воздуха на входе 10°С, температура воздуха на выходе 28°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин.
Получают сыпучий порошок. Скорость выделения пропионата кальция определяют по методике с использованием сетки. График приведен на фиг.1.
Пример 8. Капсулирование пропионовой кислоты.
Сначала готовят раствор 40 г амидированного пектина с низким содержанием сложного эфира (Danisco Пектин 2580) в 750 мл воды при 85°С. К нему прибавляют 250 г пропионовой кислоты. Полученную смесь тщательно перемешивают. Одновременно смесь 1333 г растительного триглицерида (GRINDSTED PS 101, т.пл. 58°С) и 73 г ацетилированного эмульгатора (Acetem 50 00) расплавляют при 85°С на водяной бане. Расплавленную смесь жиров поддерживают в гомогенизированном состоянии (смеситель Silverson, 8000 оборотов/мин) и медленно прибавляют водную смесь. После включения водной смеси по каплям прибавляют раствор 5 г хлорида кальция в 30 мл воды. Гомогенизацию продолжают в течение еще 5 мин и затем при непрерывном перемешивании прибавляют раствор 3 г полисорбата 80 в 40 мл воды. Сразу же после этого низковязкую эмульсию вода-в-масле подвергают распылительному охлаждению в распылительной градирне Niro при следующих условиях: температура воздуха на входе 10°С, температура воздуха на выходе 28°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин. Получают сыпучий порошок.
Пример 8
Вещества и оборудование
Ниже подробно описано все сырье, использованное при обработке образцов в соответствии с настоящим изобретением. Буферный раствор на основе фосфорной кислоты готовили посредством растворения 22 ммоль фосфорной кислоты примерно в 1,8 л водопроводной воды, значение рН доводили до 3 посредством прибавления 1 М NaOH и доведения объема точно до 2 л.
Вещество
Назначение
Примечание
PS101
Материал оболочки
Триглицерид, т.пл.
Каррагенан 100
Чистый κ-изомер
Альгинат FD175
Желатин
Изоэлектрическая точка: 8,5
Пектин 1400
С высоким содержанием сложного эфира
Пектин 2580
Амидированный
Агар NQS 200
Ксантан
КРД 246 CAP
Фосфорная кислота
Буфер
Acetem 50
Стабилизация эмульсии вода-в-масле
ГЛБ 1,5
Полисорбат 80
ГЛБ 15,4
ГЛБ - показатель гидрофильно-липофильного баланса.
Стадию смешивания/эмульгирования проводили с помощью смесителя Silverson L4R-T (Waterside-Chestam-Bucks, England) при 6000 оборотов/мин с использованием эмульгирующей головки с круглым отверстием. Заключительную стадию распылительного охлаждения во всех экспериментах в соответствии с настоящим изобретением проводили с помощью экспериментальной распылительной градирни Niro (Niro, Denmark), снабженной вращающимся распылительным барабаном. Температура воздуха на входе и выходе обычно составляла 10 и 30°С соответственно. Скорость вращения распылительного барабана составляла 8000 оборотов/мин. Скорость подачи в градирню регулировали вручную так, чтобы установить необходимую температуру воздуха на выходе. Исследования с помощью ЯМР проводили по методике спинового эха с импульсным градиентом на приборе GU200 (Bruker, Germany).
Методика исследования выделения
Исследование выделения основывалось на стандартном исследовании растворения (Фармакопея США 27, методика 711, прибор 1), применяющемся в фармацевтической промышленности для измерения скорости, с которой растворяются активные ингредиенты, находящиеся в фармацевтической дозировочной форме (например, таблетке, капсуле). При исследовании выделения небольшое количество капсулированного ингредиента помещают в проволочную сетку, которую затем погружают в воду и вращают. По мере вращения сетки выделяется капсулированный ингредиент и соответственно увеличивается количество активного ингредиента в растворяющих средах. В зависимости от природы капсулированного ингредиента скорость растворения можно измерить по изменению рН, концентрации иона (конкретного или полной) или посредством отбора пробы и последующего анализа с помощью ВЭЖХ (высокоэффективная жидкостная хроматография). Количество активного ингредиента в растворяющих средах измеряют через определенные промежутки времени в течение периода исследования длительностью 60 мин и приводят в виде "нормированной концентрации" (концентрации, пропорциональной теоретической концентрации в пересчете на загруженное количество капсулированного продукта). По этим данным можно построить график выделения, представляющий зависимость увеличения нормированной концентрации от времени (в качестве примера см. фиг.4).
Пример 8.1. Превращенные в гель гидроколлоиды.
Сначала 15 г превращенного в гель гидроколлоида (гидроколлоидов) прибавляют к 1000 мл воды и затем раствор нагревают до 85°С. Подлежащие капсулированию предварительно нагретые (40-60°С) ингредиенты при непрерывном перемешивании прибавляют к раствору гидроколлоида. Одновременно смесь 1333 г растительного триглицерида (GRINSTED PS 101, т.пл. 58°С) и 73 г ацетилированного эмульгатора (Acetem 50 00) расплавляют при 85°С на водяной бане. Расплавленную смесь жиров перемешивают с помощью смесителя с большим сдвиговым усилием (смеситель Silverson, 8000 оборотов/мин) и медленно прибавляют водную смесь. Гомогенизацию продолжают в течение 5 мин после прибавления всей водной смеси и затем прибавляют раствор 3 г полисорбата 80 в 40 мл воды, также при непрерывном перемешивании. Сразу же после этого низковязкую эмульсию вода-в-масле подвергают распылительному охлаждению обычно в распылительной градирне Niro при следующих условиях: температура воздуха на входе 0-10°С, температура воздуха на выходе 25-35°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин.
Пример 8.2. Сшитые гидроколлоиды.
Раствор сшивающегося гидроколлоида (гидроколлоидов) в 1000 мл воды готовят при 85°С. К нему прибавляют подлежащие капсулированию предварительно нагретые (40-60°С) ингредиенты. Полученную смесь тщательно перемешивают. Одновременно смесь 1333 г растительного триглицерида (GRINSTED PS 101, т.пл. 58°С) и 73 г ацетилированного эмульгатора (Acetem 50 00) расплавляют при 85°С на водяной бане. Расплавленную смесь жиров поддерживают в гомогенизированном состоянии (смеситель Silverson, 8000 оборотов/мин) и медленно прибавляют водную смесь. После прибавления водной смеси по каплям прибавляют раствор 7 г хлорида кальция в 70 мл воды. Гомогенизацию продолжают в течение еще 5 мин и затем при непрерывном перемешивании прибавляют раствор 3 г полисорбата 80 в 40 мл воды. Сразу же после этого низковязкую эмульсию вода-в-масле подвергают распылительному охлаждению в распылительной градирне Niro при следующих условиях: температура воздуха на входе 0-10°С, температура воздуха на выходе 25-35°С, скорость вращения распыляющего барабана 10000 оборотов/мин.
Образцы
Активные ингредиенты, материалы для покрытия и смеси для капсулирования, описанные выше, объединяют с получением различных капсулированных пищевых ингредиентов. В приведенной ниже таблице представлены составы полученных и исследованных образцов.
Активный ингредиент
Загрузка, мас./мас.%
Водная фаза
Гидроколлоиды
Состав
Ароматизатор с ароматом пиццы
31
Вода
каррагенан
Пример 8.1
Низин
13
Буфер на основе фосфорной кислоты (рН 3,5)
каррагенан
Пример 8.1
13
альгинат
Пример 8.2
Бетаин
29
Вода
каррагенан
Пример 8.1
альгинат
Пример 8.2
желатин
Пример 8.1
пектин 1400
Пример 8.1
пектин 2580
Пример 8.2
агар
Пример 8.1
КРД/ксантан
Пример 8.1
КРД/каррагенан
Пример 8.1
Пропионат Са<sup>2+</sup>
11
Вода, рН 8,5
каррагенан
Пример 8.1
Лимонная кислота
24
Вода, рН 3,0
пектин 2580
Пример 8.2
Фумаровая кислота
24
Вода, рН 2,8
пектин 2580
Пример 8.2
КРД - камедь рожкового дерева.
Конкретные преимущества описанных выше капсулированных ингредиентов обсуждены и сопоставление с предшествующим уровнем техники проведено ниже.
Пропионат кальция. Подвергнутый распылительному охлаждению пропионат кальция имеется в продаже (PRO45) и используется при хлебопечении в качестве консерванта. Капсулирование предотвращает вредное воздействие пропионата на дрожжи в течение первых 15-20 мин стадии перемешивания/пропитывания. Замедленное выделение пропионата приводит к приемлемому сроку годности и экономии дрожжей по сравнению с некапсулированным пропионатом кальция. Применение капсулированного продукта, предлагаемого в настоящем изобретении, в качестве альтернативы PRO45 приводит к следующим преимуществам: 1) выделению уже растворенного пропионата, что может уменьшить потемнение, иногда происходящее вследствие экстремальных значений рН на некоторых участках, и 2) возможно меньшей скорости выделения, что приведет к дополнительной экономии дрожжей.
Лимонная кислота предназначена для снижения рН хлебобулочных изделий, таких как плоские маисовые лепешки, и действует как консервант, когда недопустимо применение других органических кислот, таких как фумаровая кислота.
Низин является эффективным противомикробным средством, применяющимся во многих случаях для увеличения срока годности и предотвращения порчи микроорганизмами. Однако он быстро разлагается в нейтральной и щелочной среде и как белок характерно нестабилен при высокой температуре. Капсулированный низин, предлагаемый в настоящем изобретении, может обладать улучшенной термической стабильностью и дополнительной способностью к регулируемому выделению, необходимой для предотвращения чрезмерного разложения во время обработки пищевых продуктов. К возможным областям применения относится применение в обработанных или маринованных мясных продуктах, обработанном сыре, салатных приправах, хлебобулочных изделиях и т.п.
Бетаин применяется в кормах для пополнения питательной ценности кормов для рыб и креветок. Однако, поскольку он является весьма гигроскопичным и хорошо растворим в воде, трудно обеспечить постоянное выделение для рыб в течение длительного периода времени, поскольку бетаин выщелачивается из гранул корма до того, как их съедят животные. Капсулирование в соответствии с настоящим изобретением может предотвратить преждевременное растворение, что обеспечивает эффективное предоставление бетаина рыбам. Распылительное охлаждение не может привести к образованию микрокапсул, которые в водной среде удерживают свое содержимое в течение более 10-15 мин, что недостаточно долго для применения в корме для рыб. Эти затруднения преодолеваются с помощью бетаина, капсулированного в соответствии с настоящим изобретением.
8.3 Результаты
8.3.1 Микроскопический анализ
На фиг.2 представлен образец микрочастиц, предлагаемых в настоящем изобретении, исследованный с помощью микроскопии в проходящем свете (увеличение 200×). Частицы являются преимущественно сферическими, хотя имеется некоторое количество частиц неправильной формы, что обусловлено распылительным охлаждением. Внутреннее двухфазное ядро частиц (т.е. твердая эмульсия вода-в-масле) выглядит как единая масса; на этом (и аналогичных) изображении невозможно различить матричную природу частиц.
На фиг.3 представлено полученное с помощью НСЭМ (низковакуумный сканирующий электронный микроскоп) изображение аналогичных микрочастиц, предлагаемых в настоящем изобретении, полученное при предварительных исследованиях. На изображении слева представлена структура сетки, в которой видны 2 небольшие сферы, расположенные в углублении в верхней левой части изображения. В правой части изображения видны 3 небольшие сферы. Предполагается, что эти небольшие сферические частицы, распределенные внутри более крупных, соответствуют превращенным в гель капелькам воды, которые содержат активные ингредиенты. Тот факт, что такие частицы носителя не полностью включены в объем более крупной частицы, объясняет быстрое начальное выделение ингредиентов в течение первых нескольких минут.
8.4 Сопоставление настоящего изобретения с распылительным охлаждением
Как показано в настоящем описании, настоящее изобретение обеспечивает преимущества по сравнению с обычным недорогим, но высокопроизводительным распылительным охлаждением и более дорогостоящим и менее производительным способом с использованием псевдоожиженного слоя. Как показано выше, вещества, предлагаемые в настоящем изобретении, приводят к меньшим производственным затратам и большей производительности по сравнению с распылительным охлаждением. Ниже также показано, что настоящее изобретение может обеспечить более низкие скорости выделения, обычно получаемые при использовании псевдоожиженного слоя.
Пропионат кальция. Характеристики выделения для подвергнутого распылительному охлаждению пропионата кальция и пропионата кальция, капсулированного в соответствии с настоящим изобретением, определяют по методике с использованием сетки посредством измерения увеличения электропроводности раствора в течение 60 мин. На фиг.4 сопоставлены графики выделения для двух капсулированных и контрольного (некапсулированного) образцов пропионата кальция ("скоростью выделения" для контрольного образца в действительности являлась скорость растворения пропионата в растворяющих средах). Скорость выделения для подвергнутого распылительному охлаждению пропионата кальция согласуется с результатами предшествующих экспериментов: примерно 75% выделяется за 15 мин. Как можно видеть, скорость выделения для пропионата кальция в соответствии с настоящим изобретением значительно медленнее; за 15 мин выделяется лишь 20%. Даже через 1 ч выделилось лишь 40% общего количества доступного пропионата кальция и скорость выделения снизилась, указывая на то, что для выделения оставшихся 60% потребуется намного более длительный период времени или, возможно, даже разрушение микрокапсулы с помощью нагрева, нагрузки или других средств.
Лимонная кислота. Характеристики выделения для образцов лимонной кислоты, полученных посредством распылительного охлаждения и в соответствии с настоящим изобретением, сопоставлены на основе анализа снижения рН воды по мере медленного выделения кислоты из микрокапсул. Концентрация лимонной кислоты в растворяющих средах не менялась при изменении рН независимо от полипротонной природы лимонной кислоты. Как можно видеть из фиг.5, примерно 80% полученной посредством распылительного охлаждения лимонной кислоты выделилось за 15 мин, что согласуется с данными для типичных образцов, полученных посредством распылительного охлаждения. Из фиг.5 ясно видно, что скорость выделения лимонной кислоты из микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, значительно ниже, чем для частиц, полученных посредством распылительного охлаждения. За 40 мин из микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, выделилось лишь очень небольшое количество лимонной кислоты. Для доведения значения рН до конечного значения, соответствующего некапсулированным и подвергнутым распылительному охлаждению образцам, потребовалось кипячение образцов в течение 20 мин. Этот результат демонстрирует повышенную прочность микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, по сравнению с подвергнутым распылительному охлаждению образцом; для выделения основного количества капсулированной лимонной кислоты жировое покрытие и гидроколлоиды должны были полностью расплавиться.
Низин. Скорость выделения низина из подвергнутых распылительному охлаждению и капсулированных образцов, предлагаемых в настоящем изобретении, измеряли при 30°С в водных растворяющих средах, представляющих собой 0,02 н. раствор HCl. В аликвотах, отобранных в первый, второй и десятый день, с помощью ВЭЖХ определяли содержание низина. При анализе количественно определяли количество низина, содержащегося в растворяющих средах, и в действительности количество низина, выделившегося из микрокапсул, уменьшено на количество низина, разложившееся в течение этого периода времени в кислых растворяющих средах. Низкое значение рН растворяющих сред сводит к минимуму разложение низина, но не предотвращает его полностью. Скорость выделения низина из подвергнутых распылительному охлаждению частиц намного ниже (дни, а не минуты), чем для типичных растворимых в воде ингредиентов, что обусловлено полимерной природой низина; диффузия низина через жировую матрицу медленнее вследствие его высокой молекулярной массы (3353 г/моль). Однако на фиг.6 ясно видно, что выделение низина из микрокапсул намного медленнее, чем из подвергнутых распылительному охлаждению частиц: плато при 20% выделении достигается через 2 дня для образца, предлагаемого в настоящем изобретении, тогда как для подвергнутого распылительному охлаждению образца 50% выделение обнаруживается через 2 дня и оно дополнительно увеличивается до 60% через 10 дней.
8.5 Влияние гидроколлоидов
Бетаин был выбран в качестве модельного ингредиента для изучения того, можно ли скорость выделения ингредиентов, капсулированных в соответствии с настоящим изобретением тонко регулировать посредством подбора гидроколлоида, использующегося для гелеобразования водной фазы. Приготовлена серия образцов бетаина, капсулированного в соответствии с настоящим изобретением с различными гидроколлоидами, которые или превращали в гель посредством охлаждения, или сшивали по реакции с двухвалентными ионами. Скорость выделения определяли по методике с использованием сетки посредством отбора образов в течение 60 мин и анализа с помощью ВЭЖХ (с использованием детектора по показателю преломления). На фиг.7 представлены графики выделения для образцов бетаина, капсулированных в соответствии с настоящим изобретением, которые различались только по гидроколлоидам и, вследствие этого, по механизму гелеобразования для внутренней водной фазы.
Можно видеть, что данные, представленные на фиг.7, разделяются на 3 отличающиеся друг от друга группы. Имеется значительное различие между характеристиками выделения образца с наиболее быстрым и наиболее медленным выделением: через 15 мин из образца с наиболее быстрым выделением выделилось вдвое больше, чем из образца с наиболее медленным выделением. Примечательно, что образцами с наибольшими скоростями выделения являлись образцы, в которых водная фаза превратилась в гель после охлаждения (например, гидроколлоидами являлись каррагенан, пектин 1400, смеси КРД и каррагенана или ксантана), тогда как образцами с наименьшими скоростями выделения являлись образцы, в которых водная фаза превратилась в гель посредством сшивки гидроколлоидов (альгинат или пектин 2580). Агар является исключением; хотя он превратился в гель после охлаждения, график выделения ближе к графику для образцов с медленным выделением.
Влияние гидроколлоидов на прочность микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении, также исследовали с помощью импульсного слабопольного ЯМР. Относительную стабильность превращенных в гель и сшитых водных капелек оценивали посредством измерения времени релаксации Т2 молекул воды во внутренней части микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении. В представленной ниже таблице приведены временные константы, наилучшим образом аппроксимирующие уменьшение интенсивности сигнала ЯМР после подачи последовательности импульсов. Время релаксации обычно прямо пропорционально подвижности молекулы в окружающей ее среде: большее время релаксации соответствует более твердой среде, в которой ограничены внутри- и межмолекулярные трансляционные и вращательные движения. В приведенной ниже таблице показано, что время релаксации молекул воды в превращенных в гель капельках каррагенана меньше, чем в сшитых капельках альгината. Этот результат показывает, что водная фаза, содержащаяся в микрокапсулах, предлагаемых в настоящем изобретении, полученных с помощью альгината является более твердой, чем в полученных с помощью каррагенана. Обобщая, мы можем заключить, что другие компоненты водной фазы на основе альгината также более ограничены в движениях и поэтому их диффузия из микрокапсул менее вероятна или по меньшей мере протекает с более низкой скоростью. Этот результат согласуется с графиками выделения, приведенными на фиг.7, которые показывают, что из микрокапсул на основе альгината содержимое выделяется медленнее, чем из микрокапсул на основе каррагенана.
Время релаксации воды в микрокапсулах, предлагаемых в настоящем изобретении, приведено ниже.
Гидроколлоид
Т<sub>2</sub> (мс)
Т<sub>2</sub> (1)
Т<sub>2</sub> (2)
Каррагенан
71,09±0,07
15,8±0,2
Альгинат
82,5±0,1
20,3±0,2
8.6 Выделение под влиянием замерзания
Микрокапсулы, предлагаемые в настоящем изобретении, обычно могут содержать 30-40% воды. Мы обнаружили, что вода, содержащаяся в микрокапсулах, может кристаллизоваться и расширяться при замерзании, тем самым разрушая жировой слой и способствуя выделению капсулированного ингредиента. Таким образом, создается способ выведения на основе замерзания. На фиг.8 приведено полученное с помощью микроскопии в проходящем свете изображение замороженных микрокапсул, предлагаемых в настоящем изобретении. Изображение ясно показывает, что жировой слой разрушен вследствие расширения внутренней водной фазы при замерзании.
8.7 Исследования применения
Тепловая стабильность капсулированного низина в обработанном сыре
Способ
Извлечение через 10 мин, %
При 60°С
При 80°С
При 100°С
(Некапсулированный)
74
68
59
Охлаждение распылением
75
73
72
Настоящее изобретение*
90
84
75
* Образец низин/альгинат из примера 8.2
Низин в обработанном сыре. Низин, капсулированный в соответствии с настоящим изобретением, включали в композицию обрабатываемого сыра и подвергали тепловой обработке в течение 10 мин. В приведенной выше таблице показано, что некапсулированный низин в значительной степени разлагался даже при наименьшей температуре: извлечение составляло 74% и 59% при 60°С и 100°С соответственно. Капсулирование в соответствии с настоящим изобретением и охлаждение распылением являются возможными путями снижения разложения низина. Можно видеть, что охлаждение распылением ограничивает разложение потерей, составляющей примерно 25% при всех температурах, тогда как капсулирование в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает более значительную защиту при более низких температурах и сходную с наблюдающейся при более высоких температурах защиту при использовании распылительного охлаждения. Эти исследования подтверждают, что капсулирование в соответствии с настоящим изобретением является эффективным средством защиты низина от теплового разложения. Настоящее изобретение является особенно эффективным способом при промежуточных температурах.
Ароматизаторы пиццы. Образцы замороженной пиццы приготовлены 1) без прибавления микрокапсулированного ароматизатора, 2) при низком содержании (1 мас./мас.% в пересчете на массу пиццы) и 3) при большом содержании (2 мас./мас.% в пересчете на массу пиццы) ароматизатора с ароматом пиццы, капсулированного в соответствии с настоящим изобретением. Затем образцы пиццы нагревали в течение 3 мин в микроволновой печи при высокой интенсивности излучения и группа исследователей изучала их по слепой схеме. Все представители группы исследователей отметили, что в случае прибавления к пицце небольшого или большого количество ароматизатора аромат пиццы в помещении после открывания дверцы микроволновой печи являлся намного более интенсивным, чем для контрольной пиццы. После дегустации 3 из 4 представителей группы исследователей оценили интенсивность аромата пиццы с добавкой как более интенсивный, чем для контрольной пиццы.
Полученные результаты показывают, что выделение ингредиентов, капсулированных в соответствии с настоящим изобретением можно регулировать посредством нагревания в микроволновой печи. Возможным механизмом является то, что капельки воды, находящиеся во внутренней части микрокапсул, поглощают энергию микроволнового излучения, расширяются и разрывают жировой барьерный слой, что обеспечивает быстрое проникновение воды.
Обсуждение
Мы показали, что ингредиенты, капсулированные в соответствии с настоящим изобретением, характеризуются выделением, которое значительно и постоянно меньше, чем в случае распылительного охлаждения. Обычно образцы, охлажденные распылением, выделяли 80% своего содержимого за 15 мин, а образцы, предлагаемые в настоящем изобретении, за такой же период времени выделяли 20-40% своего содержимого. Для выделения половины своего содержимого из образцов, охлажденных распылением, требовалось лишь 5 мин, тогда как для образцов, предлагаемых в настоящем изобретении, этот предел обычно достигался через 60 мин. Настоящее изобретение более эффективно обеспечивает задержку выделения капсулированного ингредиента, чем распылительное охлаждение.
Мы также показали, что значительная часть капсулированного ингредиента вообще не выделяется в водной среде при комнатной температуре. Это резко отличается от характеристик образцов, охлажденных распылением, которые в конечном счете выделяют все свое содержимое за относительно короткий промежуток времени без плавления материала оболочки. Считается общепринятым, что охлажденные распылением ингредиенты выделяются только после плавления жирового барьерного слоя. Также установлено, что выделение ингредиента можно регулировать посредством замораживания водной фазы, находящейся во внутренней части микрокапсул.
Эксперименты также показали, что характеристики выделения для капсулированного образца, предлагаемого в настоящем изобретении, можно тонко регулировать посредством подбора подходящего гидроколлоида для гелеобразования/сшивки водной фазы.
Все публикации, отмеченные в приведенной выше заявке, включены в нее в качестве ссылки. Специалистам в данной области техники должны быть очевидны различные модификации и изменения описанных способов и системы, предлагаемых в настоящем изобретении, проводимые без отклонения от объема и сущности настоящего изобретения. Хотя настоящее изобретение описано с помощью конкретных предпочтительных вариантов осуществления, следует понимать, что настоящее изобретение не следует ограничивать такими конкретными вариантами осуществления. Напротив, подразумевается, что различные модификации описанных режимов осуществления настоящего изобретения, которые очевидны для специалистов в области химии или родственных областях техники, входят в объем прилагаемой формулы изобретения.