КАПСУЛЫ СО СТРУКТУРОЙ ЯДРО-ОБОЛОЧКА
CAPSULES WITH CORE-SHELL STRUCTURE

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе доставки со структурой ядро-оболочка, способу получения системы доставки и применению диоксида кремния в оболочке системы доставки.
Уровень техники
Гидрогелевые капсулы представляют собой набухающие в воде сшитые полимерные структуры, которые обычно используют при наличии потребности в получении стабильной среды для летучего или чувствительного к кислороду активного ингредиента, находящегося в контакте со средой повышенной влажности.
Их используют в медицинских областях, а, не так давно, и в областях применения ароматизаторов и отдушек. Например, в публикациях WO-A1-2006/119660 и EP-A1-1841521 (обе от компании Givaudan) описываются гидрогелевые оболочки, инкапсулирующие летучие вещества, такие как ароматизаторы и отдушки.
Гидрогелевые капсулы обычно получают способом коацервации, в связи с которым имеется множество публикаций, таких как WO-A1-96/32017 (Tastemaker), FR1165805 (The National Cash Register Company), MX9704934 (Tastemaker Corporation) и US6325951 (Givaudan).
В стандартном способе комплексной коацервации происходит разделение коллоида на фазу, обогащенную коллоидом (коацерват), и водный раствор агента коацервации (равновесную жидкость) с образованием масла, имеющего покрытие из капель белка, углевода или полимера в целях суспендирования масла в воде. Фазы поглощаются в одной липидной фазе и одной водной фазе. Первая липидная фаза образует ядро, которое окружается гидрогелевой капсулой. Гидрогелевая капсула представляет собой коллоид, в котором дисперсную фазу объединяют с непрерывной фазой (водой) с получением вязкого желеобразного продукта.
Несмотря на то, что коацервация и является подходящей для использования при инкапсулировании активных ингредиентов, таких как ароматизаторы и отдушки, гелеобразная природа обычных коацерватов ограничивает область их применения. Поэтому было бы желательно устранить данную проблему.
В частности, капсулы классических коацерватов остаются устойчивыми к механическому разрушению под воздействием, как малых, так и больших механических деформаций. Однако в то время как желательным является механическое сопротивление при малых нагрузках (таких как те, которые встречаются во время хранения или переработки), механическое сопротивление становится проблематичным, если оно будет предотвращать планируемое разрушение капсулы при сильных деформациях, таких как те, которые встречаются во время жевания, растирания или уплотнения капсулы в конечной области применения (где предполагается разрывание капсулы, а не ее механическое сопротивление). В данных условиях «высокой деформации» капсулы классических коацерватов деформируются способом, подобному тому, что и у сшитого «каучука», но было бы выгодно иметь капсулы, которые при высоких нагрузках ведут себя подобно «жесткой» и хрупкой твердой оболочке.
Поэтому капсулы, обладающие желательными механическими свойствами в контексте настоящего изобретения, являются капсулами, которые являются устойчивыми к слабым механическим нагрузкам, но которым может быть придана способность легко разрываться при воздействии предписанной деформации.
4
4
Использование Si(OEt) (что ниже в настоящем документе также обозначают как «TEOS») при получении капсул описывалось в публикации «Synthesis of Mesoporous Silica Nanospheres Promoted by Basic Amino Acids and their Catalytic Application», Toshiyuki Yokoi, Takumi Karouji, Seigo Ohta, Junko N. Kondo and Takashi Tatsumi, Chem. Mater., DOI:10.1021/cm9037846. В данном случае описывается то, что дискретные мезопористые наносферы диоксида кремния, характеризующиеся узким распределением по размерам, могут быть получены по способу на основе эмульсионной системы, содержащей Si(OEt), воду, катионное поверхностно-активное вещество и основную аминокислоту в слабоосновных условиях (pH в диапазоне от 9 до 10). Ясно, что это не имеет отношения к гидрогелевым капсулам.
В публикации US 7611731 (SBA Materials Inc., USA) описываются мезопористые гибридные материалы полимер/неорганический оксид на основе монолитов диоксид кремния/амфифильный блок-сополимер, которые обладают упорядоченной архитектурой диоксида кремния/полимера.
В публикации GB 2473870 (Givaudan) описывается дисперсия содержащих активные вещества микробисерин в неводной непрерывной фазе, при этом микробисерины включают множество капель в гибридной матрице. В данной публикации матрица содержит как гидрофильный органический материал, так и неорганический оксид, который образует непрерывную сетку, проходящую сквозь органический материал. Это не имеет отношения к капсулам со структурой ядро/оболочка, включающим одно ядро, содержащее твердый активный ингредиент и/или жидкий активный ингредиент, и композитную оболочку. Кроме того, в данной публикации описываются дисперсии микрошариков в неводной непрерывной фазе, но в ней не описываются капсулы, которые легко получаются в сухой форме или в водной взвеси, или суспензии.
В публикации US 2010/0143422 A1 описываются микрокапсулы, образованные из материала золя-геля, которые содержат активные ингредиенты. Примеры, представленные в данной публикации, в своей основе имеют эмульгирование ароматизированных масел, содержащих TEOS, эмульгирование ароматизированных масел с последующим добавлением TEOS или эмульгирование ароматизированных масел с последующим добавлением TEOS, где TEOS предварительно гидролизовали. Структура микрокапсул состоит из ядра отдушки и материала стенки из золя-геля. Способ, который заключается в осаждении, не ограничивается каркасом из гидрогелевой оболочки и, таким образом, не обеспечивает локализованное и контролируемое образование неорганической фазы TEOS. Он также может привести в результате к избыточному осаждению в жидкости ядра. Желательно было бы избежать появления таких недостатков.
Кроме того, в упомянутом документе описывается оболочка, которую получают только из диоксида кремния, и хотя микрокапсулы, образованные только из диоксида кремния, которые являются хрупкими, и могли бы обеспечить получение хороших механических свойств для высвобождения активного ингредиента, экспериментатору в соответствующей области техники известно то, что микрокапсулы, включающие оболочки, образованные только из диоксида кремния, являются высокопористым материалом, и как таковые представляют собой плохой защитный барьер для активных ингредиентов, таких как летучие парфюмерные масла или ароматизаторы. В документе предшествующего уровня техники предлагается разрешать данную проблему в результате добавления стадии распылительной сушки для улавливания капсул со структурой ядро-оболочка в дополнительной матрице крахмала.
Однако, в то время как матричные инкапсуляты, как известно, обеспечивают получение хороших барьерных свойств, они не обладают никакими из исключительно желательных механических свойств капсул со структурой ядро/оболочка для контролируемого высвобождения. В частности, было бы желательно иметь капсулу, которая обладает превосходными барьерными свойствами, как во время хранения, так и во время переработки конечного продукта (такого как пищевой или потребительский продукт) при одновременном также получении механических свойств, требуемых для «взрывного» типа высвобождения при разламывании.
Настоящее изобретение устраняет вышеупомянутые недостатки в результате получения капсулы со структурой ядро/оболочка при включении композитной оболочки, содержащей органическую и неорганическую фазу на основе полимерных нитей при вкраплении в промежутки между ними диоксида кремния.
В публикации WO-A1-2009/147119 (Symrise GmbH & СО KG) описывается капсула, включающая нижеследующее или состоящая из него: ядро и оболочка, окружающая ядро, где оболочка включает полимерный материал или состоит из него, где данный полимерный материал может быть получен в результате проведения реакции между компонентом (A) и компонентом (B), где компонент (A) состоит из полисилоксанов, содержащих одну или несколько аминогрупп, а компонент (B) состоит из одного или нескольких полиизоцианатов. Таким образом, кремний представляет собой часть химического состава полимера.
В публикации «Facile method for preparing organic/inorganic hybrid capsules using amino-functional silane coupling agent in aqueous media», Kurayama et al., Journal of Colloid and Interface Science 2010, 349(1), pages 70-76, описываются органически-неорганические гибридные капсулы, полученные при использовании аминофункционального силанового связывающего агента (3-аминопропилтриэтоксисилана, «APTES») совместно с альгинатными капсулами в водных средах для получения гибридной оболочки («АР-капсула»). Как предполагают авторы, именно взаимодействие карбоксилатных групп альгината и протонированных аминогрупп APTES обеспечивает получение АР-капсулы.
В публикации WO 2004/103351 A1 (Tirelli and Cellesi, The University of Manchester, UK) описываются частицы носителя, включающие полость, содержащую активный ингредиент и окруженную гидрогелевой мембраной на полимерной основе. Также описывается промежуточная структура, необходимая для получения таких капсул, для чего сначала получают центральную частицу диоксида кремния, в которой содержится активный ингредиент. Данная частица диоксида кремния образует ядро промежуточной структуры, и его покрывают полимерной оболочкой (в значительной степени отличной от тех, что в настоящем изобретении), которую после этого сшивают. На данной стадии промежуточный продукт представляет собой частицу диоксида кремния, содержащую активный ингредиент и окруженную органическим полимерным слоем, который не вкраплен в слой диоксида кремния. Для получения конечной структуры диоксид кремния в протекторном ядре растворяют, оставляя оболочку на полимерной основе, окружающую полость, содержащую активное вещество.
Ни промежуточный продукт, ни конечный продукт не содержат диоксид кремния в оболочке капсулы. Диоксид кремния представляет собой всего лишь часть шаблона протекторного ядра и позднее растворяется. Поэтому барьерные и механические свойства капсулы являются свойствами одной только оболочки из органического полимера. Поскольку одни такие гидрогелевые оболочки, как известно, являются проницаемыми и плохо подходящими для использования в случае летучих ингредиентов, таких как молекулы ароматизаторов и отдушек, было бы желательно устранить настоящее физическое ограничение и получить капсулы со структурой ядро/оболочка, где ядро становится плотным упрочненным барьером, превосходящим традиционную гидрогелевую оболочку.
Из представленного выше обзора базовых сведений и предшествующего уровня техники становится очевидным то, что классические гидрогелевые и коацерватные капсулы не обладают механическими свойствами, желательными для капсулы, которая обеспечивала бы получение хорошего защитного барьера и являлась бы механически устойчивой к малым нагрузкам, но которая легко разрывалась бы при ее деформации.
Настоящее изобретение попыталось обеспечить новую гидрогелевую систему инкапсулирования, которая устраняет одну или несколько охарактеризованных выше проблем. Предпочтительно настоящее изобретение обращается к проблемам, связанным с обычными гидрогелевыми системами, таким как недостаток жесткости. Сущность изобретения
В соответствии с этим, настоящее изобретение предлагает способ получения капсулы со структурой ядро-оболочка, включающий стадии:
(i) перемешивания твердого активного ингредиента и/или маслянистого жидкого активного ингредиента с полимерным материалом, способным образовывать гидрогелевую оболочку вокруг активного ингредиента(-ов);
(ii) получения оболочки, включающей гидрогелевый каркас, полученный из полимерной решетки вокруг ядра;
(iii) необязательного сшивания полимерной решетки;
(iv) введения необязательно сшитой гидрогелевой оболочки со структурой ядро-оболочка в контакт с жидким предшественником диоксида кремния для стимулирования осаждения частиц диоксида кремния в структуре каркаса, таким образом образуя композитную оболочку из частиц диоксида кремния, вкрапленных в промежутки полимерной решетки.
Настоящее изобретение, кроме того, предлагает капсулу со структурой ядро-оболочка, в которой
(a) оболочка представляет собой композит, содержащий органическую и неорганическую фазу, при этом органическая фаза включает сетку из полимерных нитей, а неорганическая фаза включает диоксид кремния, и где неорганическая фаза физически вкраплена в промежутки, по меньшей мере, части органической фазы; и
(b) ядро содержит твердый активный ингредиент и/или маслянистый жидкий активный ингредиент.
Предпочтительно композитная оболочка обеспечивает получение барьера, предохраняющего от потери активного ингредиента в окружающую среду.
Предпочтительно композитная оболочка придает превосходную механическую стабильность капсуле к небольшим механическим нагрузкам, но легко разрывается, обеспечивая высвобождение ингредиента при повышенных механических нагрузках.
«Маслянистый» в контексте настоящего изобретения обозначает то, что жидкий активный ингредиент в воде является полностью или частично несмешиваемым с водой, так что во время изготовления капсул он может быть диспергирован в форме дискретных капель эмульсии в водной фазе.
Предпочтительно «маслянистый» обозначает то, что жидкий активный ингредиент характеризуется межфазным поверхностным натяжением по отношению к воде, составляющим, по меньшей мере, 0,0001 н/м, предпочтительно межфазным поверхностным натяжением, составляющим, по меньшей мере, 0,001 н/м.
Предпочтительно маслянистая жидкость обычно содержит, по меньшей мере, один компонент, для которого значение десятичного логарифма коэффициента распределения октанол-вода (logP) является более 4; масло может содержать дополнительные компоненты при значении logP менее 4.
В еще одном аспекте изобретение предлагает применение диоксида кремния, физически вкрапленного в промежутки между частью оболочки гидрогелевой капсулы со структурой ядро-оболочка, содержащей жидкие ароматизатор или отдушку в части, образуемой ядром, для увеличения жесткости и/или механической стабильности капсулы. Краткое описание чертежей
Фиг. 1 демонстрирует поглощение TEOS в каркасе гидрогелевой оболочки;
Фиг. 2 демонстрирует уровень содержания диоксида кремния в гидрогелевой оболочке;
Фиг. 3 демонстрирует измеренный уровень содержания кремния в гидрогелевой оболочке; и
Фиг. 4 демонстрирует форму капсулы на основе диоксида кремния/гидрогеля, соответствующей изобретению.
Фиг. 5 демонстрирует механические характеристики капсулы со структурой ядро-оболочка, соответствующей изобретению, традиционной капсулы со структурой ядро-оболочка в отсутствие диоксида кремния и матричного инкапсулята (не обладающего структурой ядро/оболочка). Усилие (приведенное к усилию разрушения) графически представлено в зависимости от деформации. Раскрытие изобретения
В первом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения капсулы со структурой ядро-оболочка на основе гидрогелевого каркаса и неорганического компонента, который осаждается в гидрогелевом каркасе, образуя капсулу, характеризующуюся превосходной жесткостью или механической стабильностью.
Структура капсулы может быть описана как оболочка, которая включает композит из сшитых полимерных звеньев и неорганического твердого материала, вкрапленного в промежутке, по меньшей мере, между некоторыми из полимерных звеньев.
Неорганический твердый материал предпочтительно является не химически связанным с полимерными звеньями, но является физически вкрапленным в промежутке между ними. Этого можно добиться в результате получения сетки из полимерных звеньев, а после этого депонирования в ней неорганического твердого материала.
Депонирования предпочтительно добиваются в результате осаждения неорганических твердых материала или частиц на или в предварительно полученной желеобразной сетке из полимерных нитей.
Таким образом, способ настоящего изобретения предпочтительно включает стадии: (i) получения гидрогелевого каркаса, включающего полимерную решетку; (ii) необязательного сшивания полимерной решетки;
(iii) введения сшитой гидрогелевой капсулы в контакт с жидким предшественником диоксида кремния для стимулирования осаждения частиц диоксида кремния в структуре каркаса.
В следующих далее абзацах описываются признаки способа, а также признаки капсулы. Во избежание сомнений такие признаки могут быть использованы взаимозаменяющим образом. Таким образом, признаки, описанные при обращении к способу, могут быть использованы для дополнительного определения признаков капсулы, а признаки, описанные при обращении к капсуле, могут быть использованы для дополнительного определения признаков способа.
Диоксид кремния представляет собой существенный компонент композитной оболочки.
4
3
2
5
2
2
3
2
3
2
2
5
4
Для депонирования диоксида кремния в целях получения структуры композитной оболочки диоксид кремния должен быть предусмотрен в форме, подходящей для использования при депонировании. Как было установлено, диоксид кремния наиболее эффективно депонируется при его генерации из жидкого предшественника. Жидким предшественником диоксида кремния является любой предшественник, который способен обеспечить осаждение диоксида кремния при попадании в контакт с каркасом оболочки. В предпочтительном аспекте жидкий предшественник диоксида кремния способен обеспечить осаждение диоксида кремния при попадании в контакт с гидрогелем. Более предпочтительно его выбирают из группы, состоящей из алкоксидов кремния Si(OR), частично или полностью их гидролизованных форм или их смесей. Примеры подходящих для использования предшественников диоксида кремния включают диметилдиэтоксисилан DMDES ((CH)2Si(OCH)), силикаты натрия NaSiО или их гидраты NaSiO⋅nHО и TEOS Si(OCH) (CAS no. 78-10-4).
Наиболее предпочтительно предшественник диоксида кремния представляет собой TEOS. TEOS представляет собой бесцветную жидкость с относительной молекулярной массой 208,33, характеризующуюся относительной плотностью 0,94, температурой плавления - 77°C и температурой кипения 166-169°C. Он коммерчески легко доступен (например, Sigma-Aldrich, Wacker Chemie).
Жидкий предшественник может иметься как таковой, то есть, в своей чистой форме. В альтернативном варианте, он может иметься в форме раствора. В последнем случае растворителем могут быть водный растворитель, такой как вода, органический растворитель, такой как этанол или пропиленгликоль, или даже смесь из водного и органического растворителей.
Одним примером жидкого предшественника, имеющегося в форме водного раствора, является водный силикат натрия. Одним примером жидкого предшественника в форме этанольного раствора является система 1: 1 (об./об.) TEOS/этанол.
Диоксид кремния, как представляется, равномерно распределяется в структуре оболочки гидрогелевого каркаса и обеспечивает получение структуры, обладающей жесткостью или механической стабильностью по всей своей поверхности.
Полимерный компонент гидрогелевой оболочки настоящего изобретения обычно представляет собой белок, который может быть сшитым или несшитым, и/или полимер (упомянутый полимер также может включать углеводные фрагменты или представлять собой углевод).
Типичные полимеры, подходящие для использования при получении гидрогелевой оболочки, включают, в частности, отрицательно заряженные полимеры. Например, они могут быть выбраны из аравийской камеди, ксантана, солей альгиновой кислоты, производных целлюлозы, например, карбоксиметилцеллюлозы, солей пектиновой кислоты, каррагинана, полиакриловой и метакриловой кислоты и/или их смесей. Дополнительные подходящие для использования небелки могут быть взяты в литературе, например, из публикации WO 2004/022221, стр. 4, строки 27-29.
Белки, которые представляют собой аминокислотные полимеры, подходящие для использования при получении гидрогелевой оболочки капсулы, включают альбумины, глобулины растительного происхождения и желатины. Молекулярная масса белка обычно имеет порядок в диапазоне от 40000 до 500000, предпочтительно от 20000 до 250000. Однако некоторые белковые агрегаты могут иметь молекулярные массы в миллионы.
Желатин является в особенности предпочтительным. Примеры включают желатин рыбы, свинины, говядины и/или птицы. В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления белок представляет собой желатин рыбы, говядины или птицы.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения упомянутый полимерный компонент обычно включает белок (такой как желатин) и полимер (такой как аравийская камедь).
В одном предпочтительном аспекте в способе используют поверхностно-активное вещество. Предпочтительно поверхностно-активное вещество является растворимым в жидком предшественнике. Для водных жидких предшественников поверхностно-активным веществом в идеальном случае является растворимое в воде поверхностно-активное вещество, выбираемое из классов анионных, неионных, катионных или цвиттер-ионных поверхностно-активных веществ. Примеры включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: додецилсульфат натрия, лауретсульфат натрия, полисорбаты (например, Tween 20); и полимерные эмульгаторы, такие как аравийская камедь, молочные белки, соевые белки, модифицированный крахмал.
В случае предшественника в виде TEOS или его присутствия в органическом растворителе предпочтительными поверхностно-активными веществами будут сорбитановые сложные эфиры, PGPR, моно/диглицеридные сложные эфиры и фосфолипиды. В одном наиболее предпочтительном аспекте предшественник представляет собой TEOS, а добавляемое поверхностно-активное вещество представляет собой лецитин, предпочтительно соевый лецитин. В таком случае лецитин предпочтительно добавляют в форме раствора при концентрации в диапазоне от 0,5 масс.% до 5 масс.% лецитина в чистом соединении TEOS.
Поверхностно-активное вещество может быть добавлено к жидкому предшественнику в целях уменьшения вероятности агломерирования капсул во время стадии осаждения.
После стадии осаждения капсулы предпочитается промывать. Промывающая среда может представлять собой любую подходящую для использования жидкость, которая не вступает в реакцию с капсулами. Предпочтительной является вода, в то время как еще более предпочтительной является смесь из воды и спирта. Наиболее предпочтительно капсулы промывают водой, спиртом и молочной кислотой для обеспечения осаждения остаточного соединения TEOS на поверхности капсул. Преимущество стадии промывания заключается в получении легкосыпучих частиц, которые являются стабильными при хранении.
Предпочитается, чтобы значение pH взвеси капсул во время промывания было бы меньшим, чем pH 5.
Необязательно композитная оболочка может содержать остаточный растворитель (обычно воду), если процесс прекратят до расхода всей воды в гидрогелевом слое в ходе осаждения.
До осаждения уровень содержания полимера в гидрогелевом слое в желательном случае может находиться в диапазоне от 0,1 вплоть до 90 масс.%, где масс.% представляет собой массу полимера в гидрогелевом слое в расчете на массу гидрогеля, при этом последний состоит из полимера и растворителя (обычно воды). Предпочтительно уровень содержания полимера находится в диапазоне от 0,1 до 30 масс.%, а наиболее предпочтительно от 0,5 до 20 масс.%.
После осаждения уровень содержания полимера в композитной органически/неорганической оболочке может находиться в диапазоне от 0,1 масс.% до 80 масс.%, где масс.% представляет собой массу полимера в композитном слое в расчете на массу материала композитного слоя, при этом последний состоит из полимера и неорганического осадка. Предпочтительно он находится в диапазоне от 10 до 80 масс.%, а наиболее предпочтительно от 1 до 60 масс.%.
Способ предпочтительно реализуют в перемешиваемой емкости для обеспечения гомогенного осаждения и хорошего перемешивания и во избежание сплавления оболочек индивидуальных капсул при вхождении их в контакт. В дополнение к этому, процесс перемешивания должен быть достаточно мягким во избежание разрушения композитных оболочек капсул.
Ядро содержит активный ингредиент. Он может быть жидким или твердым. В случае жидкости предпочтительным будет, чтобы ядро характеризовалось бы вязкостью, не большей, чем десятикратная вязкость непрерывной фазы. Предпочтительно вязкость жидкости ядра в ходе процесса является меньшей, чем 1 Па-сек, а наиболее предпочтительно меньшей, чем 5000 мПа-сек.
Активное вещество, образующее ядро, предпочтительно представляет собой липофильную (маслянистую) жидкость для обеспечения образования предварительных капель масла дисперсии, которые впоследствии инкапсулируют. Активное вещество, кроме того, может быть твердым веществом, в случае возможности диспергирования твердого вещества в водной фазе в ходе процесса, что делает возможным депонирование на первой стадии гидрогелевого слоя, образованного из воды и полимера, а на второй стадии получение осажденной неорганической фазы в гидрогелевом каркасе.
В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления изобретения упомянутое активное вещество представляет собой ароматизатор или парфюмерную композицию.
Средний размер капсул может находиться в диапазоне от 10 микрометров до 100 микрометров, в случае чего преимущество заключается в том, что капсулы являются устойчивыми к деформированию и разрушению. Хотя наиболее предпочтительно размер капсул находится в диапазоне от 100 микрометров до 2 миллиметров; в данном последнем случае преимущество заключается в том, что капсулы являются легко разрушаемыми; в дополнение к этому, более крупные капсулы являются визуально привлекательными и могут быть использованы для придания отличительного внешнего вида продукту, такому как, например, композиции составов для мытья тела или жидкого мыла.
Толщина композитной оболочки предпочтительно находится в диапазоне от 1 до 100 микрометров, а наиболее предпочтительно от 10 до 50 микрометров. Данный диапазон толщин оболочек делает возможными капсулы, которые являются механически стабильными во время переработки и хранения и, тем не менее, легко разрушаемыми при применении. Кроме того, согласно наблюдениям капсулы, имеющие толщины в данном диапазоне, обеспечивают получение превосходной стабильности к диффундированию активного ингредиента в течение периодов, доходящих вплоть до, по меньшей мере, 18 месяцев при хранении при комнатной температуре без какой-либо наблюдаемой объемной усадки капсулы.
Соотношение между размером капсулы и толщиной оболочки предпочтительно находится в диапазоне от 20:1 до 5:1. Преимущество большого соотношения заключается в больших надежности и устойчивости к механическому разрушению во время хранения; преимущество малого соотношения заключается в улучшенной разрушаемости в применениях, при которых желательным является эффект механического разрыва.
Капсулы, соответствующие изобретению, предпочтительно являются прозрачными и могут напоминать стеклообразные бисерины/шарики, которые, как представляется, эстетически очень сильно отличаются от обычных гидрогелевых капсул.
Капсулы, соответствующие изобретению, в предпочтительном случае также могут быть охарактеризованы модулем Юнга материала оболочки в диапазоне от 0,5 ГПа до 45 ГПа или предпочтительно от 5 ГПа до 40 ГПа.
Капсулы, соответствующие изобретению, в предпочтительном случае также могут быть охарактеризованы механическим разрушением при сжатии на расстояние в диапазоне от 5 до 15 процентов от их первоначального размера.
Настоящее изобретение также относится к способу придания, улучшения, исправления или модифицирования характеристик вкуса или запаха композиции ароматизатора или отдушки или ароматизированного или парфюмерного изделия, где данный способ включает добавление к упомянутой композиции или изделию эффективного количества, по меньшей мере, капсулы, соответствующей изобретению. В контексте настоящего изобретения «использование капсулы, соответствующей изобретению» включает использование любой композиции, содержащей соединение (I), и которая в предпочтительном случае может быть использована в промышленности ароматизаторов или парфюмерной промышленности в качестве активного ингредиента.
В еще одном аспекте изобретение предлагает композицию ароматизатора или парфюмерную композицию, содержащие:
i) в качестве парфюмерного ингредиента или ингредиента ароматизатора, по меньшей мере, одну капсулу, соответствующую изобретению;
ii) по меньшей мере, один ингредиент, выбираемый из группы, состоящей из парфюмерного носителя и парфюмерной основы, или, по меньшей мере, один ингредиент, выбираемый из группы, состоящей из носителя ароматизатора и основы ароматизатора; и
iii) необязательно, по меньшей мере, один парфюмерный адъювант или адъювант ароматизатора.
Под «парфюмерным носителем или носителем ароматизатора» в данном случае заявители понимают материал, который является практически нейтральным с точки зрения парфюмерии или ароматизатора, то есть, который в значительной степени не изменяет органолептические свойства парфюмерных ингредиентов или ингредиентов ароматизаторов. Упомянутый носитель может быть жидким или твердым веществом.
В качестве жидкого носителя в порядке неограничивающих примеров могут быть упомянуты эмульгирующая система, то есть, растворитель и система поверхностно-активного вещества; или растворитель, обычно использующийся в парфюмерии или ароматизаторах. Подробное описание природы и типа растворителей, обычно использующихся в парфюмерии или ароматизаторах, не может быть исчерпывающим. Однако, в качестве неограничивающего примера могут быть упомянуты растворители, такие как дипропиленгликоль, диэтилфталат, изопропилмиристат, бензилбензоат, 2-(2-этоксиэтокси)-1-этанол или этилцитрат, которые наиболее часто используются. В качестве неограничивающих примеров растворителей, обычно использующихся в ароматизаторах, могут быть упомянуты соединения, такие как пропиленгликоль, триацетин, триэтилцитрат, бензиловый спирт, растворитель Ниоби, этанол, сложные эфиры сахарозы, такие как олеинат сахарозы или эрукат сахарозы, растительные масла или терпены. В особенности предпочтительными являются этанол и сложные эфиры сахарозы.
В качестве твердого носителя в порядке неограничивающих примеров могут быть упомянуты абсорбирующие камеди или полимеры или еще инкапсулирующие материалы. Примеры таких материалов могут включать образующие стенки и пластифицирующие материалы, такие как моно-, ди- или трисахариды, природные или модифицированные крахмалы, гидроколлоиды, производные целлюлозы, поливинилацетаты, поливиниловые спирты, белки или пектины или еще материалы, перечисленные в текстах ссылок, таких как Н. Scherz, Hydrokolloids: Stabilisatoren, Dickungs- und Gehermittel in Lebensmittel, Band 2 der Schriftenreihe Lebensmittelchemie, Lebensmittelqualtat, Behr's VerlagGmbH & Co., Hamburg, 1996. Инкапсулирование представляет собой хорошо известный способ для специалистов в соответствующей области техники и может быть реализовано, например, при использовании технологий, таких как распылительная сушка, агломерация или еще экструдирование; или состоит из технологий инкапсулирующего нанесения покрытия, включая коацервацию и комплексную коацервацию.
Под «парфюмерной основой или основой ароматизатора» заявители в данном случае понимают композицию, содержащую, по меньшей мере, один вспомогательный ингредиент парфюмерии или ароматизатора.
Упомянутый вспомогательный ингредиент парфюма или ароматизатора не описывается формулой (I). Кроме того, под «вспомогательным ингредиентом парфюма или ароматизатора» в данном случае понимается соединение, которое используют в препарате или композиции парфюма или ароматизатора для придания гедонического эффекта. Другими словами, такой вспомогательный ингредиент для признания в качестве вспомогательного ингредиента парфюма или ароматизатора должен быть признан специалистом в соответствующей области техники способным придавать или модифицировать положительным или приятным образом запах или вкус композиции, а не просто имеющим запах или вкус.
Природа и тип вспомогательных ингредиентов парфюма или ароматизатора, присутствующих в основе, не требуют более подробного описания в данном случае, которое в любом случае не являлось бы исчерпывающим, при этом специалист в соответствующей области техники способен их выбирать на основании общеизвестных сведений и в соответствии с признанными использованием или областью применения и желательным органолептическим эффектом. В общих чертах данные вспомогательные ингредиенты парфюмерии или ароматизатора относятся к химическим классам, варьирующимся в числе спиртов, лактонов, альдегидов, кетонов, сложных эфиров, простых эфиров, ацетатов, нитрилов, терпеноидов, азотсодержащих или серосодержащих гетероциклических соединений и эфирных масел, и упомянутые парфюмерные вспомогательные ингредиенты могут быть природного или синтетического происхождения. Множество данных вспомогательных ингредиентов, в любом случае, перечисляются в текстах ссылок, таких как публикация книги S. Arctander, Perfume and Flavor Chemicals, 1969, Montclair, New Jersey, USA или более недавние варианты или в других работах подобной природы, а также в обширной патентной литературе в сфере парфюмерии или ароматизаторов. Также понимается то, что упомянутые вспомогательные ингредиенты также могут представлять собой соединения, известные высвобождением контролируемым образом различных типов соединений парфюма или ароматизатора.
Для композиций, которые содержат как парфюмерный носитель, так и парфюмерную основу, другой подходящий для использования парфюмерный носитель, отличный от тех, которые были указаны прежде, также может представлять собой этанол, смеси вода/этанол, лимонен или другие терпены, изопарафины, такие как те, которые известны под торговым наименованием Isopar (происхождение: Exxon Chemical) или гликолевые простые эфиры и сложные эфиры гликолевых простых эфиров, такие как те, которые известны под торговым наименованием Dowanol (происхождение: Dow Chemical Company).
Под «парфюмерным адъювантом или адъювантом ароматизатора» в данном случае заявители обозначают ингредиент, способный придавать дополнительный добавленный полезный признак, такой как окраска, особенная светостойкость, химическая стабильность и тому подобное. Подробное описание природы и типа адъюванта, обычно использующегося в парфюмерных основах или основах ароматизаторов, не могут быть исчерпывающим, но необходимо упомянуть то, что упомянутые ингредиенты хорошо известны для специалистов в соответствующей области техники.
Композиция изобретения, состоящая из, по меньшей мере, одного соединения, описывающегося формулой (I), и, по меньшей мере, одного парфюмерного носителя или носителя ароматизатора, представляет собой один конкретный вариант осуществления изобретения, а также ароматизацию или отдушку композиции, содержащей, по меньшей мере, одно соединение, описывающееся формулой (I), по меньшей мере, один парфюмерный носитель или носитель ароматизатора, по меньшей мере, один парфюмерный носитель или носитель отдушки, по меньшей мере, одну парфюмерную основу или основу ароматизатора и необязательно, по меньшей мере, один парфюмерный адъювант или адъювант ароматизатора.
Кроме того, капсула согласно изобретению, в предпочтительном случае может быть включена в ароматизированные изделия для положительного придания или модифицирования вкуса упомянутых изделий. Таким образом, в еще одном аспекте настоящее изобретение предусматривает ароматизированное изделие, содержащее:
i) ингредиент ароматизатора, по меньшей мере, одну капсулу согласно изобретению, определенному выше, необязательно присутствующий в виде части композиции ароматизатора; и
ii) основу продукта питания.
Необходимо понимать то, что в данном случае активное вещество капсулы представляет собой композицию ароматизатора.
Подходящие для применения основы продукта питания являются теми, где капсулы изобретения обычно являются подходящими для использования, когда является желательным эффект разрыва. Например, кондитерские продукты, косметика, готовые завтраки, продукты ухода за полостью рта, такие как зубные пасты, хлебобулочные изделия, крема для кожи и приправы, области применения которых могут оказаться подходящими для использования в средах или конечных продуктах, в которых капсулы находят себе применение.
В контексте настоящего изобретения «продукт питания» означает продукт, который принимается перорально и может быть проглочен. Поэтому ароматизированное изделие, соответствующее изобретению, содержит одно или несколько соединений, описанных формулой (I), а также необязательные агенты, придающие положительные качества в соответствии с профилем вкуса и аромата желательного продукта питания, например, шоколада или зубной пасты.
Природа и тип компонентов продуктов питания или напитков не требуют в данном случае более подробного описания, при этом специалист в соответствующей области техники способен их выбирать на основании общеизвестных знаний и в соответствии с природой упомянутого продукта.
Пропорции, в которых соединения согласно изобретению, могут быть включены в различные вышеупомянутые изделия или композиции, варьируются в широком диапазоне значений. Данные значения зависят от природы ароматизированного изделия и от желательного органолептического свойства, а также от природы вспомогательных ингредиентов в заданной основе при перемешивании капсул, соответствующих изобретению, со вспомогательными ингредиентами ароматизатора, растворителями или добавками, обычно использующимися в современном уровне техники.
Кроме того, соединение согласно изобретению в предпочтительном случае также может быть использовано во всех областях современной парфюмерии для положительного придания или модифицирования запаха потребительского продукта, в который добавляют упомянутое соединение (I). Следовательно, парфюмерное изделие, содержащее:
i) в качестве парфюмерного ингредиента, по меньшей мере, одну определенную выше капсулу; и
ii) не предназначенную для исправления вкуса основу потребительского продукта; также представляет собой один из объектов настоящего изобретения.
Необходимо понимать то, что в данном случае активное вещество капсулы представляет собой парфюмерную композицию.
Для большей ясности необходимо упомянуть то, что под «не предназначенной для исправления вкуса основой потребительского продукта» заявители в данном случае понимают непищевой потребительский продукт, то есть, тот, который не предназначен для введения в рот, и который является совместимым с парфюмерными ингредиентами. Другими словами, парфюмерное изделие, соответствующее изобретению, содержит функциональную рецептуру, а также необязательно дополнительные агенты, придающие положительные качества, в соответствии с потребительским продуктом, например, моющим средством или освежителем воздуха, и ольфакторным эффективным количеством, по меньшей мере, одного соединения согласно изобретению.
Природа и тип компонентов, не предназначенных для исправления вкуса потребительского продукта не требуют более подробного описания в данном случае, которое в любом случае не являлось бы исчерпывающим, при этом специалист в соответствующей области техники способен их выбирать на основании общеизвестных сведений и в соответствии с природой и желательным эффектом упомянутого продукта.
Примеры подходящих для использования не предназначенных для исправления вкуса основ потребительского продукта включают твердые или жидкие моющие средства и мягчители тканей, а также все другие изделия, обычные в парфюмерии, а именно, духи, одеколоны или лосьоны после бритья, ароматизированные мыла, соли для душа или ванны, муссы, масла или гели, гигиенические продукты или продукты ухода за волосами, такие как шампуни, продукты ухода за телом, дезодоранты или антиперспиранты, освежители воздуха, а также косметические препараты. В качестве моющих средств предполагаются области применения, такие как композиции моющих средств или очищающие продукты для отмывания или очищения различных поверхностей, например, предназначенные для обработки текстиля, посуды или твердого покрытия, будь они предназначены для бытового или промышленного использования. Другие парфюмерные изделия представляют собой мягчители ткани, освежители ткани, воду для глажки, бумагу, влажные салфетки или отбеливатели. Примеры
Далее изобретение будет описано при обращении к следующим примерам. Необходимо понимать то, что примеры представляют собой иллюстрацию изобретения, и что объем изобретения этим не ограничивается.
Образцы, соответствующие изобретению, обозначаются номером, а сравнительные образцы обозначаются буквой. Все величины представляют собой % (масс), если только не будет указано другое.
Пример 1
Получение композитной структуры ядро-оболочка согласно изобретению
Каркасы капсул со структурой ядро-оболочка получали в соответствии с комплексной коацервацией с применением системы желатин/аравийская камедь, сшитой при использовании глутарового альдегида или трансглутаминазы.
В качестве гидроколлоидов использовали желатин рыбы в теплой воде (200 Bloom, поставляется от компании Weishardt) и аравийскую камедь (Efficacia, от компании CNI). Маточный раствор желатина (раствор A) получали в результате перемешивания 180 г теплой деионизованной воды и 20 г желатина в емкости вплоть до полного растворения; после этого раствор выдерживали при 50°C. Маточный раствор аравийской камеди (раствор B) получали в результате перемешивания 180 г холодной деионизованной воды и 20 г аравийской камеди в емкости вплоть до полного растворения; после этого раствор нагревали и выдерживали при 50°C. 105,4 г раствора A смешивали со 100 г раствора B в емкости при осторожном перемешивании (при этом соотношение желатин/аравийская камедь составляло приблизительно 1:1). Значение pH доводили до 4,6 при использовании водного раствора молочной кислоты в количестве 50 масс.%. К данной смеси медленно добавляли 70,3 г активного ингредиента - лимонена - и с применением мешалки проводили гомогенизацию при 150 об./мин в течение 5 минут для достижения среднего размера капель в диапазоне от 200 до 400 мкм.
-1
После этого систему разбавляли в результате добавления 354,1 г теплой деионизованной воды, доводя общее количество гидроколлоида до 3,4 масс.%. В заключение, смесь охлаждали до 20°C со скоростью 0,5°C⋅мин. Скорость перемешивания слегка уменьшали, значение pH доводили до 4,5 и добавляли 4,22 г трансглутаминазы (ACTIVA WM, от компании Ajinomoto). Сшиванию давали возможность протекать в течение ночи при 20°C. Это в результате приводило к получению водной суспензии сшитых каркасов микрокапсул. Суспензию каркасов капсул отфильтровывали через сито с размерами отверстий 0,5 мм и оставляли на сите в течение 5 минут. Отделенные каркасы после этого погружали в избыток TEOS в прозрачной чашке для образца (диаметром 50 мм) и проводили наблюдение по методу микроскопии для оценки того, образуется или нет оболочка, и, если да, то как, и включается ли в нее диоксид кремния с течением времени, и, если да, то как.
Результаты продемонстрированы на фиг. 1, где фиг. 1a демонстрирует образование при t=0, фиг. 1b соответствует моменту времени t=20 минут, фиг. 1 с соответствует моменту времени t=40 минут, а фиг. 1d представляет собой иллюстрацию для t=60 минут. Результаты демонстрируют то, что толщина оболочки уменьшается в течение 90 минут, оставляя намного более плотную гибридную оболочку, образованную из желатина, аравийской камеди и диоксида кремния. Кроме того, форма капсулы, полученная по истечении 90 минут, остается неизменной даже по истечении от 10 до 12 часов в растворе TEOS.
Конечные капсулы сохраняют свою форму при суспендировании в воде и при хранении в деионизованной воде в течение десяти дней, а после этого их раздавливали между предметными стеклами микроскопа, капсулы разрушались по способу, который может быть описан как «хрупкое разрушение», что в результате приводит к получению фрагментов «стекловидной» оболочки. Это очень сильно отличается от разрушения, связанного с обычными коацерватными частицами.
Сразу после промывания и высушивания на фильтровальной бумаге капсулы выглядели как большие почти сферические бисерины, имеющие гладкие и отражающие поверхности (фиг. 4).
Для подтверждения присутствия осажденного диоксида кремния в оболочках капсул оболочки раздавливали и промывали при использовании изопропанола и воды для обеспечения отсутствия лимонена (то есть, сохранения только части, образуемой оболочкой). Проводили измерения по методу твердотельного ЯМР, которые сопоставляли с эталонным диоксидом кремния. Результаты, продемонстрированные в следующей далее таблице и на фиг. 2, подтверждали осаждение диоксида кремния в гидрогелевом слое.
Композитная оболочка*
Эталонный SiO<sub>2</sub>**
Q2(м.д.)
-93,0
-93,3
Q3(м.д.)
-102,6
-102,7
Q4(м.д.)
-112,2
-112,6
* (Фиг. 2, PHER R0911C)** (Фиг. 2, силикагель 60)
Безэталонную энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию (ЭРС) реализовали при использовании сканирующего электронного микроскопа (JSM-T330, JEOL Ltd. Tokyo, Japan) при использовании детектора Noran Si(Li) и цифрового двигателя сбора данных Vantage (Model 629J-1SPS, Thermo Electron Scientific Instruments LC, Madison, Wis., USA). Калибровку спектров перед проведением анализа подтверждали при использовании алюминиевого и медного стандарта (X-Checker EDS Performance Checker Mount, Structure Probe, Westchester, Pa., USA). Кумулятивный спектр измеряли, проводя измерения для образца в более, чем 10 полях. Для уменьшения объема взаимодействия электронного пучка/образца использовали низкое ускоряющее напряжение (10 кВ).
Данные по спектроскопии ЭРС, показанные на фиг. 3, демонстрируют то, что процесс осаждения «по месту» приводит к получению твердой оболочки, обогащенной кремнием.
Пример 2
Инкапсулирование мятного масла в капсулу со структурой ядро-оболочка
Капсулы со структурой ядро-оболочка получали способом, описанным в примере 1, за исключением того, что в качестве активного ингредиента использовали масло мяты перечной.
Пример 3
Инкапсулирование бета-дамасценона и парфюмерной композиции в капсулу со структурой ядро-оболочка
Капсулы со структурой ядро-оболочка получали способом, описанным в примере 1, за исключением того, что в качестве активного ингредиента использовали бета-дамасценон. В дополнение к этому, капсулы со структурой ядро-оболочка получали согласно тому же самому способу за исключением того, что в качестве активного ингредиента применяли парфюмерную композицию, подходящую для использования в области личной гигиены.
Пример 4
Инкапсулирование активного ингредиента, внедренного в твердую матрицу, в капсулу со структурой ядро-оболочка
Капсулы со структурой ядро-оболочка получали способом, описанным в примере 1, за исключением того, что вместо жидкого лимонена использовали материл твердого ядра. Материал ядра нагревали вплоть до расплавления и перемешивания с активным ингредиентом (ментолом) до получения расплавленной смеси. Смесь вводили в капсулу способом, описанным для активного ингредиента в примере 1.
Пример 5
Инкапсулирование мятного масла в капсулу со структурой ядро-оболочка
Каркасы капсул со структурой ядро-оболочка изготавливали в результате совместного экструдирования мятного масла с альгинатом натрия в раствор CaCl2 из двойного капилляра при использовании стандартных способов, известных для специалистов в соответствующей области техники. После этого получающиеся в результате капсулы в течение 60 минут настаивали в водном растворе молочной кислоты с концентрацией 1 масс.%; затем капсулы отделяли с помощью фильтровальной бумаги и добавляли к жидкому предшественнику диоксида кремния (TEOS) и подвергали дополнительной переработке в соответствии с описанием в примере 1.
Пример 6
Инкапсулирование апельсинового ароматизатора в капсулу со структурой ядро-оболочка и применение в готовом завтраке
Капсулы со структурой ядро-оболочка получали согласно способу, описанному в примере 1, за исключением того, что в качестве активного ингредиента использовали лимонный ароматизатор. После этого 5 г сухих капсул примешивали к 50 г готового завтрака без вкусовых добавок (овсяных хлопьев) и хранили в течение двух и шестнадцати недель, соответственно, в аэробных условиях в закрытых пластиковых стаканчиках при температуре 23°C.
Для оценки образцы продуктов получали в результате добавления 100 мл холодного молока к сухой смеси за 15 минут до проведения сенсорного исследования.
Квалифицированную группу из 8 человек просили оценить образец в результате дегустации сначала только молока, введенного в контакт с крупой, а после этого дегустации самой крупы. Участников просили ответить на вопросы:
1. «Воспринимается ли какой-либо ароматизатор в самом молоке?»
2. «Отмечается ли ароматизатор в результате разрывания при жевании, и, если да, то будет ли это появление в результате разрывания описано участниками как «сильное» или как «слабое»?
8 из 8 участников отвечали: «Нет», - на вопрос 1, и: «Да, сильный», - на вопрос 2. Пример 7
Инкапсулирование мяты перечной в капсулу со структурой ядро-оболочка масла: применение и сенсорная оценка в шоколадной матрице
200 граммов черного шоколада расплавляли в водяной бане, выдерживаемой при 50°C, после чего к расплавленному шоколаду при использовании ложки примешивали 10 граммов сухих капсул, полученных в примере 2. К суспензии добавляли эмульгатор (соевый лецитин). После этого массу расплавленного шоколада совместно с диспергированными капсулами выливали в формы и выдерживали в холодильнике при 5°C в течение 24 часов, а после этого хранили при 23°C в течение 1 дня.
Для сенсорной оценки квалифицированную группу из 8 человек просили попробовать образец шоколада, содержащего капсулы ароматизатора со вкусом мяты перечной; их информировали заранее о том, что к шоколаду был добавлен ароматизатор.
Участников сначала просили попробовать на вкус, не жуя, и оценить величину высвобождения какого-либо ароматизатора из капсулы в шоколадную массу. После этого участников просили пожевать шоколад и оценить ощутимость ароматизатора в результате разрыва.
Затем всех участников просили ответить на вопросы:
1. «Воспринимался ли нешоколадный ароматизатор до жевания?»
и 2. «Воспринимался ли нешоколадный ароматизатор при жевании?», при возможных ответах: «Да», «Нет» и «Не уверен(а)». На вопрос 1 отвечали: «Нет», - 6 из 8 участников. На вопрос 2 отвечали: «Да», - 8 из 8 участников.
Данный результат ясно демонстрирует то, что капсулы защищают ароматизатор со вкусом мяты перечной во время нагревания и перемешивания, и что при употреблении наблюдается сильный эффект ароматизатора в результате разрыва.
Эксперимент повторили за исключением того, что шоколад хранили при 23°C в течение 4 месяцев. После этого тех же самых членов комиссии просили ответить на те же самые вопросы с результатом в виде ответа: «Нет», - на вопрос 1 от 6 участников, и: «Не уверен(а)», - от 2 участников. На вопрос 2 отвечали: «Да», - 8 из 8 участников.
Данный результат ясно демонстрирует сохранение эффекта по истечении нескольких месяцев хранения.
Пример 8
Инкапсулирование масла мяты перечной в капсулу со структурой ядро-оболочка; применение и сенсорная оценка в кондитерском изделии
Капсулы со структурой ядро-оболочка получали согласно способу, описанному в примере 1, за исключением того, что в качестве активного ингредиента использовали лимонный ароматизатор. Печенье с глазурью из шоколада приобретали на рынке и хранили при 40°C в печи в течение 10 минут для плавления глазурью. После этого расплавленную глазурь посыпали сухими капсулами и образцы оставляли охлаждаться в холодильнике в течение 24 часов. При оценке образцов квалифицированной группой из 7 человек наблюдали сильный эффект появления ароматизатора в результате разрыва.
Пример 9
Инкапсулирование масла мяты перечной в капсулу со структурой ядро-оболочка; применение и сенсорная оценка основы зубной пасты
Сухие капсулы, полученные в примере 2, примешивали к двум различным основам зубных паст (гелеобразная и обычная) и хранили в течение 1, 4 и 16 недель в небольших чашках для наблюдения методом оптической микроскопии. Как было установлено, все капсулы во время хранения сохраняли свою структуру и высвобождали свое содержимое при разрушении вне зависимости от времени хранения в основе зубной пасты.
Пример 10
Инкапсулирование масла мяты перечной в капсулу со структурой ядро-оболочка; применение и сенсорная оценка основы жидкого мыла для рук
Сухие капсулы, полученные в примере 2, примешивали к неароматизированной основе жидкого мыла для рук и хранили в течение 1, 4 и 16 недель и оценивали методом оптической микроскопии. Как было установлено, все капсулы во время хранения сохраняли свою структуру и высвобождали свое содержимое при разрушении вне зависимости от времени хранения основы мыла для рук.
Пример 11
Инкапсулирование масла мяты перечной в капсулу со структурой ядро-оболочка: применение и сенсорная оценка основы геля для душа
Сухие капсулы, полученные в примере 2, примешивали к основе геля для душа и хранили в течение 1, 4 и 16 педель и после этого оценивали методом оптической микроскопии. Как было установлено, все капсулы во время хранения сохраняли свою структуру и высвобождали свое содержимое при разрушении вне зависимости от времени хранения основы геля для душа.
Пример 12
Инкапсулирование отдушки в капсулу со структурой ядро-оболочка; применение в основе крема для кожи
Сухие капсулы, полученные в примере 3, примешивали к неароматизированной основе крема для кожи и хранили в течение 1, 4 и 16 недель и после этого оценивали по методу оптической микроскопии. Как было установлено, все капсулы во время хранения сохраняли свою структуру и высвобождали свое содержимое при разрушении вне зависимости от времени хранения основы крема для кожи.
Пример 13
Инкапсулирование масла мяты перечной в капсулу со структурой ядро-оболочка: сравнение с образованной только из диоксида кремния капсулой со структурой ядро-оболочка, полученной традиционным золь-гель-способом
Капсулы со структурой ядро-оболочка (образец 13A) получали способом, описанным в примере 2. Параллельно, то же самое масло мяты перечной инкапсулировали в соответствии с традиционным способом (описанным, например, в публикации US 2010/0143422 A1), получая капсулы, включающие оболочку, образованную только из диоксида кремния (образец 13B) следующим образом: 90 г масла мяты перечной и 10 г TEOS перемешивали и эмульгировали в 100 г раствора поверхностно-активного вещества (Tween 20, полученного в компании Sigma Aldrich) в концентрации 5 масс.% в деионизованной воде, которую подкисляли до pH 2 при использовании водного раствора молочной кислоты в концентрации 20 масс.%. Стадию эмульгирования проводили путем стандартного стендового подвесного роторно/статорного гомогенизатора. Получающиеся в результате эмульсии оставляли отверждаться. Образцы отбирали сначала по истечении одного дня, а впоследствии по истечении времени в несколько дней и недель (однако, результаты оставались неизменными, если время отверждения было более продолжительным, чем один день).
Аликвоты, как образца 13A, так и образца 13B, оставляли высыхать на фильтровальной бумаге в течение ночи при комнатной температуре. Количества масла мяты перечной, остающиеся в капсулах после высушивания, после этого сопоставляли в результате проведения термогравиметрического анализа, и, как было установлено, капсулы образца 13A (капсулы со структурой ядро-оболочка, полученные в соответствии с настоящим изобретением) содержали 85 масс.% летучего масла, в то время как образец 13B (микрокапсулы диоксида кремния, полученные в соответствии с предшествующим уровнем техники) содержал только менее, чем 2 масс.% летучего масла. Те же самые образцы еще раз проанализировали по истечении двух месяцев хранения при комнатной температуре в открытом контейнере, выдерживаемом в вытяжном колпаке, и, как было установлено, образец 13A все еще содержал 83 масс.% летучего масла, в то время как все летучее масло в образце 13B терялось.
Пример 14
Инкапсулирование масла мяты перечной в капсулу со структурой ядро-оболочка: сравнение с образованной только из диоксида кремния капсулой со структурой ядро-оболочка, полученной традиционным золь-гель-способом и обладающей традиционной структурой
Капсулы со структурой ядро-оболочка (образец 14A) получали согласно способу, описанному в примере 13. Параллельно, то же самое масло мяты перечной инкапсулировали в соответствии с традиционным способом предшествующего уровня техники (описанным, например, в публикации US 2010/0143422 A1), получая капсулы, образованные только из диоксида кремния (образец 14B) следующим образом: 25 г TEOS перемешивали с 8,5 г деионизованной воды и 22 г этанола; значение pH смеси доводили до pH 2,1 при использовании 15%-ной HC1, проводили перемешивание в течение 45 мин для индуцирования гидролиза TEOS. После этого количество данной смеси в 12 г добавляли к 28 г масла мяты перечной и данную смесь, в свою очередь, эмульгировали в растворе поверхностно-активного вещества в концентрации 5 масс.%), как и в примере 13, выдерживая значение pH 2,1. Получающиеся в результате эмульсии оставляли отверждаться. Образцы отбирали сначала по истечении одного дня, а впоследствии по истечении времени в несколько дней и недель при идентичных результатах.
Как и в примере 13, после этого количества масла мяты перечной, остающиеся в капсулах после сушки, сопоставляли в результате проведения термогравиметрического анализа по истечении одного дня и двух месяцев, и, как было установлено, капсулы образца 14A (капсулы со структурой ядро-оболочка, полученные в соответствии с настоящим изобретением) содержали 85 масс.% летучего масла, в то время как образец 14B (микрокапсулы диоксида кремния, полученные в соответствии с предшествующим уровнем техники) содержал только 5,4 масс.%) летучего масла. Те же самые образцы еще раз анализировали по истечении двух месяцев хранения при комнатной температуре в открытом контейнере, выдерживаемом в вытяжном колпаке, и, как было установлено, образец 14A все еще содержал 83 масс.% летучего масла, в то время как все летучее масло в образце 14B терялось.
Пример 15
Нагрузка по истечении 15 месяцев хранения и сравнение с традиционными золь-гель-микрокапсулами
Капсулы со структурой ядро-оболочка, соответствующие изобретению, получали согласно способу, описанному в примерах 2 и 14, и сопоставляли с традиционными микрокапсулами из диоксида кремния, описанными в примере 14. Уровень содержания летучего масла для сухих капсул повторно анализировали по истечении 15 месяцев в результате проведения термогравиметрического анализа, и, как было установлено, подвергшиеся старению капсулы все еще содержали 80,5 масс.% летучего масла (в противоположность этому, все летучее масло в микрокапсулах из диоксида кремния терялось уже по истечении 2 месяцев). Даже по истечении 15 месяцев хранения капсула, полученная в соответствии с настоящим изобретением, была все еще хрупкой и при механическом разрушении обеспечивала «разрывной» тип высвобождения летучего масла.
Пример 16
Механические свойства капсул со структурой ядро/оболочка и сравнение с механическими свойствами традиционной коацерватной капсулы
Капсулы со структурой ядро-оболочка, включающие композитные оболочки на основе полимера/диоксида кремния, соответствующие изобретению, получали согласно способу, описанному в примере 1. Для сравнения капсулы со структурой ядро-оболочка, содержащие только полимер, получали в результате комплексной коацервации тех же самых полимеров на основе желатина/аравийской камеди и в соответствии с тем же самым способом вплоть до стадии сшивания, но при отсутствии любой из стадий, использующей диоксид кремния, как в примере один, что, таким образом, обеспечивает получение образца традиционных коацерватных капсул для сравнительных капсул (описанных в разделе обзора базовых сведений и предшествующего уровня техники, например, раскрытом в публикации FR 1165805, The National Cash Register Company). Оба образца высушивали на фильтровальной бумаге и подвергали испытанию на механическое сжатие. Для испытания на механическое сжатие применяли платформу Physica MCR 300 platform (Anton Paar, Ostfildern, Germany) в режиме вертикального сжатия при использовании геометрии пластина/пластина; нижняя поверхность представляла собой стандартную пластину Пельтье прибора, выдерживаемую при постоянной температуре 23°C, а верхнюю пластину, имеющую диаметр 10 миллиметров, устанавливали на динамометрический преобразователь. Одну капсулу позиционировали в центре нижней пластины, а головку датчика, перемещаемую сверху, позиционировали над капсулой. Для измерения механического поведения верхнюю пластину опускали при постоянной скорости 10 микрометров в секунду и непрерывно измеряли нормальное усилие на верхней пластине. Размер капсул определяли по данным усилие-расстояние в виде вертикального расстояния, при котором верхняя пластина впервые вступает в контакт с капсулой. Для каждой капсулы эксперименту позволяли продолжаться до завершения вплоть до того, как капсула разрывалась при приложенной деформации, что очевидно проявляется в виде резкого скачка на кривой усилие-расстояние.
Примеры для получающихся в результате кривых усилие-расстояние продемонстрированы на фиг. 5 для капсулы со структурой ядро/оболочка, полученной в соответствии с настоящим изобретением (в соответствии с примером 1), и традиционной коацерватной капсулы. (Для фигуры 5 данные по усилию нормализовали исходя из значения максимального усилия, а расстояние выражали в виде деформации капсулы; деформация капсулы представляет собой расстояние, на которое капсула уже сжата, поделенное на первоначальный размер капсулы, что, таким образом, делает возможным сравнение различных капсул хорошо определенным образом).
Фиг. 5 ясно демонстрирует то, что капсулы со структурой ядро-оболочка, полученные в соответствии с изобретением, характеризуются высокой жесткостью вследствие своей композитной оболочки на основе диоксида кремния/полимера (на что указывает резкий наклон кривой усилие-деформация, который определяет жесткость), формируя механическую стабильность при низких нагрузках или деформациях, тем не менее, они могут разрываться и высвобождать свое содержимое уже при деформации сжатия, составляющей всего лишь приблизительно 9%. Такое механическое поведение является исключительно желательным, если система доставки для ароматизаторов или отдушек потребует наличия хороших барьерных свойств и стабильности во время хранения и переработки, а также и возможности легкого высвобождения своего содержимого при механической деформации.
В противоположность этому, традиционные капсулы являются более мягкими (на что указывает более пологий наклон кривой усилие-деформация), и для разрыва от них требуется наличие сжатия более, чем наполовину от их первоначального размера. Такое поведение не является желательным во многих областях применения, поскольку активный ингредиент не мог бы легко высвобождаться, например, во время механической деформации капсулы во время жевания или растирания.
В то время как данные, продемонстрированные на фиг. 5, служат в качестве иллюстративного примера, ту же самую информацию также более подробно проанализировали количественно. Для исследованных образцов сопоставляли кривые усилие-деформация для каждой из пятидесяти капсул. Результаты суммарно представлены в таблице 1. Ясно то, что капсулы, полученные в соответствии с примером 1 в настоящем изобретении, являются намного более жесткими при деформации, тем не менее, они обеспечивают легкое высвобождение активного ингредиента при намного меньшей деформации капсулы. Настоящее свойство, которое может быть описано как «жесткость», является исключительно желательным с точки зрения высвобождения активного ингредиента при механическом разрушении.
Исходя из данных для жесткости и размера капсулы модуль Юнга материала оболочки находится в диапазоне от 0,2 до 4,5 ГПа для традиционных коацерватных капсул и в диапазоне от 6,1 до 38 ГПа для капсул со структурой ядро-оболочка, включающих оболочки на основе диоксида кремния/полимера, полученные в соответствии с примером 1. Поэтому капсула, полученная в соответствии с изобретением, обладает оболочками, характеризующимися намного более высоким модулем Юнга; это означает то, что даже, несмотря на желательность их легкого разрушения при небольшом прикладываемом деформировании, они являются механически более устойчивыми при небольших нагрузках в сравнении с традиционными коацерватными капсулами.
Как это ни удивительно, но данные капсулы все еще характеризуются исключительно близким усилием разрушения в сравнении с традиционными капсулами - это означает то, что они остаются исключительно стабильными к небольшим усилиям и даже характеризуются большей жесткостью ниже точки разрушения до тех пор, пока капсулы не будут намеренно подвергаться воздействию внешнего деформирования, такого которое возникает во время жевания или растирания.
Таблица 1:
Краткое представление механических свойств капсул со структурой ядро-оболочка, соответствующих изобретению (все величины представляют собой средние значения ± среднеквадратическое отклонение, согласно измерению для 50 индивидуальных капсул).
Свойство
Капсулы со структурой ядро-оболочка, включающие оболочки на основе диоксида кремния/полимера, полученные в соответствии с примером 1
Традиционные * капсулы со структурой ядро-оболочка, полученные в результате комплексной коацервации
Жесткость (н/м)
10817±3621
3670±651
Усилие разрушения (н)
0,5939±0,2699
0,5483±0,1989
Деформация, при которой капсула разрывается (%)
10,58±5,57
46,78±14,73
* В соответствии с публикацией FR 1165805.
Говоря вкратце, данный пример демонстрирует то, что капсулы со структурой ядро/оболочка, включающие оболочки на основе диоксида кремния/полимера, соответствующие настоящему изобретению, обладают желательными механическими свойствами, превосходящими свойства традиционных капсул со структурой ядро-оболочка, полученных в результате комплексной коацервации.
Пример 17
Сравнение капсул со структурой ядро-оболочка, соответствующих изобретению, с традиционной золь-гель-микрокапсулой, дополнительно инкапсулированной в полимерную матрицу
Те же самые капсулы со структурой ядро/оболочка, полученные в соответствии с изобретением, которые описывали в примере 1 и механически анализировали в примере 16, также сопоставляли с традиционным матричным инкапсулятом в виде золь-гель-микрокапсулы в полимерной матрице, полученным в результате распылительной сушки. Традиционные золь-гель-капсулы получали в точности, как образец 14 В в примере 14, но вместо высушивания на фильтровальной бумаге к 50 граммам суспензии золь-гель-капсул в виде матричного материала добавляли 10 граммов мальтодекстрина (DE 10) и смесь подвергали распылительной сушке при использовании стандартной лабораторной распылительной сушилки BUchi. Данная дополнительная матрица также может быть выбрана из числа типичных полимеров, подходящих для использования в матричном инкапсулировании в результате распылительной сушки при экструдировании. Такие полимеры хорошо известны для специалистов в соответствующей области техники и включают, например, нижеследующее, но не ограничиваются только этим: мальтодекстрин, крахмалы, модифицированные крахмалы или желатины. Данные усилие-деформация продемонстрированы на фиг. 5 совместно с данными, описанными выше в примере 16. Усилие-деформация для таких матричных инкапсулятов, включающих золь-гель-микрокапсулы, фундаментально отличаются от того, что имеет место для капсул со структурой ядро/оболочка, полученных в данном изобретении: порядок величины для жесткости является большим (на что указывает очень крутой наклон кривой усилие-деформация), и невозможно обеспечить разрывание инкапсулята ни при малых, ни при больших деформациях. В дополнение к этому, проводили эксперименты с контролируемым усилием, и была предпринята попытка разрушения капсулы в результате дополнительного увеличения усилия, как максимум, до 7 н; также и в данном случае никакого разрывания не происходило, и матричный инкапсулят сжимался до тонкой, плоской таблетки без высвобождения ароматизатора. Поэтому, в то время как выше в примерах 14 и 16 было продемонстрировано то, что традиционные золь-гель-капсулы обладают неудовлетворительными барьерными свойствами, а активный ингредиент теряется, данный пример демонстрирует то, что дополнительное инкапсулирование таких традиционных золь-гель-капсул в полимерной матрице (как это продемонстрировано в D2) приводит к получению системы доставки, совершенно неподходящей для использования при высвобождении в условиях механического разрушения, и это не является капсулой со структурой ядро/оболочка.