ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТВЕРДЫХ КАПСУЛ, СОДЕРЖАЩИХ ВКУСОАРОМАТИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
PREPARATION OF HARD CAPSULES CONTAINING FLAVOURING SUBSTANCES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу приготовления твердых капсул, содержащих вкусоароматические вещества, в которых эмульсия, содержащая вкусоароматическое вещество или ароматизатор, натуральный экстракт, содержащий сапонины, воду и водорастворимый полимер с молекулярной массой ниже 100 кДа, высушена с применением распылительной сушки. Кроме того, изобретение относится к твердым капсулам как таковым и к продуктам, их содержащим.
Уровень техники
Распылительная сушка является хорошо известной технологией инкапсулирования вкусоароматических средств. Продукты, приготовленные распылительной сушкой, обычно готовят из эмульсии, которую распыляют в сушильной камере. Эмульсия обычно содержит вкусоароматические средства, носитель и эмульгатор.
Ряд параметров эмульсии влияет на качество твердых капсул, приготовленных распылительной сушкой. В частности, специалистам в области распылительной сушки хорошо известно, что необходимо подвергать распылительной сушке хорошую эмульсию, как определяется относительно маленьким размером капелек дискретной фазы, где указанная эмульсия также предпочтительно остается стабильной во время всего процесса распылительной сушки, с учетом того, что в зависимости от производственных параметров, временная задержка между приготовлением эмульсии и действительной распылительной сушкой может варьировать от нескольких минут до нескольких часов. Стабильность размера капелек в эмульсии является еще более важной и трудно достижимой, когда нужно инкапсулировать большие количества вкусоароматических средств.
Таким образом, необходимо обеспечить твердые капсулы, полученные из эмульсий, имеющих повышенную стабильность и, в частности, имеющих размер капелек, остающийся стабильным в течение длительного периода времени.
Природа процесса распылительной сушки также требует способности эмульсий к распылительной сушке. Таким образом, эмульсия не должна превышать определенного предела вязкости, зависящего от использованного аппарата. Чтобы снизить вязкость, в эмульсию добавляют воду. Однако дополнительная вода должна испаряться на стадии сушки. Такое испарение связано с высокими энергетическими затратами. Таким образом, необходимо обеспечить средства для дополнительного снижения вязкости распыляемой эмульсии без дополнительного повышения доли воды.
Чаще всего в качестве эмульгаторов используют биополимеры с поверхностно-активными свойствами, например, такие как аравийская камедь, модифицированные крахмалы, модифицированная целлюлоза, желатин, альгинаты или даже белки, такие как альбумин или бета-глобулин.
Например, US 2009/0253612 описывает способ инкапсулирования распылительной сушкой для вкусоароматических веществ или ароматизаторов, включающий сушку водной эмульсии, содержащей масло, подлежащее инкапсулированию, модифицированный крахмал и фосфатные соли.
Hidefumi et al, Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2 (2001), pp.55-61, раскрывает способ микроинкапсулирования эмульгированного этилбутирата посредством распылительной сушки с применением мальтодекстрина в качестве носителя и аравийской камеди в качестве эмульгатора.
Однако модифицированный крахмал, модифицированная целлюлоза, желатин, альгинаты, белки и особенно аравийская камедь обладают нежелательными свойствами повышения вязкости. Таким образом, необходимо снизить вязкость таких эмульсий.
Чтобы решить эту проблему, уже известен способ замены части аравийской камеди эмульгаторами с низкой молекулярной массой, такими как жирные кислоты или сложные эфиры глицерина. Например, WO 2006/082536 описывает способ приготовления порошка, полученного распылительной сушкой, включающий стадии эмульгирования активного ингредиента в смеси аравийской камеди и неионного эмульгатора, гомогенизации эмульсии и распылительной сушки эмульсии с получением дисперсного продукта. Неионные эмульгаторы могут быть эмульгаторами с низкой молекулярной массой, такими как сложные эфиры диацетил-виннокаменной кислоты и моно- и диглицеридов, такие как DATEM или CITREM.
С одной и той же концентрацией эмульгатора, воды и вкусоароматического вещества, вязкость эмульсии снижается, когда часть биополимера замещается такими эмульгаторами с низкой молекулярной массой. Однако основным недостатком таких эмульгаторов с низкой молекулярной массой является их тенденция к прилипанию к стенкам камеры устройства для распылительной сушки и к поверхности других частиц в устройстве для распылительной сушки, когда они применяются в достаточных количествах для снижения вязкости эмульсии.
Таким образом, необходимо обеспечить новый способ инкапсулирования, в котором вязкость распыляемой эмульсии снижена по сравнению с известными распыляемыми эмульсиями, содержащими то же самое количество твердого вещества, воды и вкусоароматического вещества, и в котором компоненты распыляемой эмульсии обладают сниженной тенденцией к прилипанию к стенкам сушильной камеры.
Кроме того, из-за постоянно растущего спроса потребителей на натуральные продукты, особо предпочтительно обеспечить высушенный распылением продукт, в котором каждый компонент можно получить из природного/натурального источника.
Ни один из известных способов из предшествующего уровня техники не решает эти проблемы.
Сущность изобретения
Соответственно, настоящее изобретение относится к способу приготовления твердых капсул, включающему стадии:
a) приготовления эмульсии, содержащей:
i. от 0,1 до 10% натурального экстракта, содержащего сапонины;
ii.от 5 до 55% водорастворимого полимера с молекулярной массой ниже 100 кДа;
iii. от 5 до 60% вкусоароматического вещества или ароматизатора и
iv. от 15 до 80% воды,
где проценты являются массовыми процентами к общей массе эмульсии;
b) распылительной сушки эмульсии, полученной на стадии (а) до получения твердых капсул.
В другом аспекте изобретение относится к твердым капсулам, полученным с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением.
В другом аспекте изобретение относится к пищевому продукту, содержащему твердые капсулы в соответствии с настоящим изобретением.
Раскрытие изобретения
Способ согласно настоящему изобретению включает стадии приготовления эмульсии, содержащей:
i. от 0,1 до 10% натурального экстракта, содержащего сапонины;
ii.от 5 до 55% водорастворимого полимера с молекулярной массой ниже 100 кДа;
iii. от 5 до 60% вкусоароматического вещества или ароматизатора и
iv. от 15 до 80% воды,
где проценты являются массовыми процентами к общей массе эмульсии.
Сапонины являются амфифильными гликозидами, состоящими из одного или нескольких гидрофильных глюкозидных компонентов, объединенных с липофильным тритерпеновым производным. Сапонины присутствуют в разнообразных растительных экстрактах. В качестве «натурального экстракта, содержащего сапонины» подразумевается любой сапонин или смесь веществ, содержащая сапонины, полученная путем применения способа физического разделения к сырьевому материалу, доступному в природе. Предпочтительными природными экстрактами являются те, что содержат по меньшей мере 10 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 20 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 50 мас.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 80 мас.% сапонинов к общей массе экстракта.
Предпочтительными примерами натуральных экстрактов, которые можно применять в настоящем изобретении, являются растительные экстракты, такие как экстракт килайи, экстракт семян камелии, экстракт ахирантеса, глицирризин и стевия. Экстракт килайи, получаемый из коры Quillaja saponaria, особо предпочтителен для целей настоящего изобретения. Такие растительные экстракты коммерчески доступны от разнообразных поставщиков. Например, экстракт килайи можно приобрести в разбавленной форме от National Starch под торговой маркой Q-Naturale™ (экстракт килайи в воде).
В предпочтительном аспекте настоящего изобретения экстракт применяют в количестве от 0,2 до 5 мас.%, более предпочтительно от 0,3 до 1 мас.%, к общей массе эмульсии.
Любой водорастворимый биополимер с молекулярной массой ниже 100 кДа можно применять для целей настоящего изобретения. «Водорастворимым полимером», используемым для целей настоящего изобретения, является любой биополимер, образующий прозрачный раствор в воде, т.е. формирующий однофазный раствор в воде. Предпочтительно, он образует однофазный раствор при растворении в воде с концентрацией 10%, более предпочтительно 20%.
Предпочтительными водорастворимыми биополимерами являются гидролизаты крахмала с декстрозным эквивалентом выше 2. Примерами таких биополимеров являются дисахариды, олигосахариды, полисахариды. Наиболее предпочтительными полисахаридами являются полисахариды, выбранные из декстринов, мальтодекстринов и кукурузного сиропа.
Также особо предпочтительным является применение водорастворимых биополимеров, не содержащих какой-либо химической замены, что означает, что водорастворимый биополимер не является химически (т.е. искусственно) модифицированным. Предпочтительно, водорастворимый биополимер является доступным в природе, и более предпочтительно, он выделен из натурального/природного источника.
Водорастворимый биополимер предпочтительно применяют в количестве от 10 до 50 мас.%, более предпочтительно от 35 до 45 мас.%, относительно общей массы эмульсии.
Для целей настоящего изобретения вкусоароматические и/или ароматизирующие ингредиенты охватывают вкусоароматические и ароматизирующие ингредиенты или композиции, применяемые в настоящее время в индустрии вкусоароматических и/или ароматических средств, как натурального, так и синтетического происхождения. Они включают отдельные соединения и смеси. Конкретные примеры таких вкусоароматических и/или ароматизирующих ингредиентов можно найти в современной литературе, например, в Fenaroli's «Handbook of flavour ingredients», 1975, CRC Press («Учебник по вкусоароматическим ингредиентам»); «Synthetic Food adjuncts», 1947 by M.B. Jacobs, edited by Van Nostrand («Синтетические пищевые добавки»); или «Perfume and Flavor Chemicals» by S. Arctander, 1969, Montclair, New Jersey (USA) («Ароматизирующие и вкусоароматические химикаты»). Многие другие примеры современных вкусоароматических и/или ароматизирующих ингредиентов можно найти в патентной и общей литературе. Вкусоароматические и/или ароматизирующие ингредиенты могут присутствовать в форме смеси с растворителями, адъювантами, добавками и/или другими компонентами, в целом теми, которые в настоящее время применяются в индустрии вкусоароматических средств и ароматизаторов.
«Вкусоароматические ингредиенты» хорошо известны специалистам в области технологии ароматизации, как способные обеспечить аромат или вкус потребительского продукта, или модифицировать вкус и/или аромат указанного потребительского продукта, или его текстуру или вкусовое впечатление.
Под «ароматизирующими ингредиентами» подразумеваются соединения, используемые в качестве активных ингредиентов в ароматизирующих препаратах или композициях, предназначенных для обеспечения гедонического эффекта при нанесении на поверхность. Другими словами, такие соединения, считающиеся только ароматизирующими, должны рассматриваться специалистами в области парфюмерии как способные обеспечить или модифицировать положительным или благоприятным образом запах композиции или предмета или поверхности, но не просто как имеющие запах. Далее, это определение также означает включение соединений, необязательно обладающих запахом, но способных модулировать запах ароматической композиции, ароматизированного предмета или поверхности, и в результате, модифицировать восприятие потребителем запаха такой композиции, предмета или поверхности. Оно также включает ингредиенты и композиции, противодействующие неприятным запахам. Под термином «ингредиент, противодействующий неприятным запахам» подразумеваются соединения, способные снизить восприятие плохого запаха, т.е. запаха, неприятного или отвратительного для человеческого носа, за счет противодействия и/или маскировки неприятных запахов. В частном варианте осуществления, эти соединения обладают способностью к реакции с ключевыми соединениями, вызывающими известные плохие запахи. Реакции приводят к уменьшению уровней в воздухе материалов с неприятным запахом и к соответствующему снижению восприятия плохого запаха.
Природа вкусоароматического вещества и/или ароматизатора, который можно инкапсулировать с помощью способа из настоящего изобретения, не имеет конкретных ограничений. Однако для целей настоящего изобретения особо предпочтительными являются вкусоароматические вещества и/или ароматизаторы, характеризующиеся значением logP 2 или более.
Вкусоароматическое средство и/или ароматизатор предпочтительно применяют в количестве от 7 до 30 мас.%, более предпочтительно от 10 до 15 мас.% к общей массе эмульсии.
1
12
1
12
Эмульсия может также содержать факультативные ингредиенты. Она может, в частности, содержать эффективное количество огнестойких агентов или агентов, предотвращающих взрыв. Тип и концентрация таких агентов в эмульсиях, высушенных посредством распылительной сушки, известна специалистам в данной области техники. В качестве не ограничивающих примеров таких огнестойких агентов или агентов, предотвращающих взрыв, можно привести неорганические соли, C-C карбоновые кислоты, соли С-С карбоновых кислот и их смеси. Предпочтительными агентами, предотвращающими взрыв, являются салициловая кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, масляная кислота, изомасляная кислота, валериановая кислота, капроевая кислота, лимонная кислота, янтарная кислота, гидроксиянтарная кислота, малеиновая кислота, фумаровая кислота, щавелевая кислота, глиоксиловая кислота, адипиновая кислота, молочная кислота, виннокаменная кислота, аскорбиновая кислота; калиевые, кальциевые и/или натриевые соли любой из вышеупомянутых кислот и смеси любых этих веществ. Другие факультативные ингредиенты включают антиоксиданты, пигменты и красители.
Эмульсия может быть сформирована с применением любого известного способа эмульгирования, такого как смешивание с высоким сдвиговым усилием, обработка ультразвуком или гомогенизация. Такие способы гомогенизации хорошо известны специалистам в данной области техники.
Размер капелек d(v, 0,9) эмульсии предпочтительно составляет от 1 до 15 мкм, более предпочтительно от 1 до 10 мкм, и еще более предпочтительно от 1 до 6 мкм. Более предпочтительно, размер капелек сохраняется в пределах этого диапазона в течение по меньшей мере одних суток хранения при комнатной температуре (25°С).
Вязкость эмульсии предпочтительно составляет от 20 до 300 мПа·с, более предпочтительно от 70 до 200 мПа·с и еще более предпочтительно от 100 до 150 мПа·с при температуре, при которой осуществляют стадию атомизации, как определено выше.
На стадии (b) эмульсию подвергают распылительной сушке для получения твердых капсул. Способ распылительной сушки включает две стадии, первой является диспергирование, а второй - сушка.
Эмульсию вначале подвергают стадии атомизации, во время которой эмульсию диспергируют в форме капелек в распылительной колонне. Любое устройство, способное диспергировать эмульсию в форме капелек, можно применять для получения такой дисперсии. Например, эмульсию можно подавать через распылительную форсунку или через центрифужный колесный диск в распылительную колонну. Также могут применяться вибрирующие насадки.
Размер капсул определяется размером капелек, которые диспергируются в колонне. Если распылительную насадку применяют для диспергирования капелек, размер можно контролировать, например, посредством скорости потока атомизирующего газа через форсунку. В случае если для диспергирования используют центробежный колесный диск, основным фактором регуляции размера капелек является центробежная сила, за счет которой капельки диспергируются от диска в блок. Центробежная сила, в свою очередь, зависит от скорости вращения и диаметра диска. Скорость потока подаваемой эмульсии, ее поверхностное натяжение и вязкость также являются параметрами, контролирующими окончательный размер капелек и распределение по размеру. Путем регулирования этих параметров специалист в данной области техники может контролировать размер капелек эмульсии, диспергируемых в колонне.
rd
При распылении в камере капельки сушат с применением любой методики, известной в данной области техники. Эти способы прекрасно раскрыты в патентной и непатентной литературе в области распылительной сушки. Например, «Spray-Drying Handbook)), 3 ed., К. Masters; John Wiley (1979) («Учебник по распылительной сушке, 3-е издание») описывает широкий ряд способов распылительной сушки.
Способ из настоящего изобретения можно осуществлять в любой подходящей распылительной колонне. Например, обычный многоступенчатый сушильный аппарат пригоден для проведения стадий этого способа. Он может содержать распылительную колонну и на дне колонны кипящий слой, улавливающий частично высушенные частицы после падения через колонну.
Твердые капсулы, получаемые и/или полученные с помощью способа, описанного выше, также являются предметом настоящего изобретения.
Полученные твердые капсулы обычно содержат:
- от 0,5 до 30% натурального экстракта, содержащего сапонины;
- от 15 до 94% водорастворимого биополимера с молекулярной массой ниже 100
кДа,
- от 5 до 75% вкусоароматического вещества или ароматизатора и
- от 0,5 до 10% воды,
где проценты являются массовыми процентами к общей массе капсул. Все компоненты капсул являются такими, как указано выше.
Предпочтительно, твердые капсулы содержат от 0,5 до 5 мас.%, предпочтительно, от 0,5 до 3 мас.% воды к общей массе твердых капсул.
В предпочтительном аспекте изобретения размер частиц типично составляет от 20 до 200 мкм, более предпочтительно от 50 до 100 мкм, еще более предпочтительно от 75 до 85 мкм.
Капсулы в соответствии с настоящим изобретением имеют удовлетворительную стабильность при хранении, даже при относительной влажности 60%.
В другом аспекте изобретение относится к пищевому продукту, содержащему твердые капсулы в соответствии с изобретением. Пищевой продукт в соответствии с изобретением предпочтительно является дисперсным или порошковым продуктом питания. В этом случае капсулы в соответствии с изобретением можно легко добавить в него посредством сухого смешивания.
В предпочтительном аспекте изобретения пищевой продукт выбран из группы, состоящей из супа или соуса быстрого приготовления, готового завтрака из зерновых, порошкового молока, детского питания, порошкового напитка, порошкового шоколадного напитка, спреда, порошкового напитка из зерновых, жевательной резинки, шипучей таблетки, зернового батончика и шоколадного батончика. Порошковые продукты питания могут быть предназначены для потребления после восстановления продукта водой, молоком и/или соком, или другой жидкостью на основе воды.
Примеры
Изобретение далее подробно описано с помощью следующих примеров.
Пример 1
Приготовление твердых капсул в соответствии с настоящим изобретением
Эмульсию А готовили путем гомогенизации следующих ингредиентов:
Таблица 1
Состав эмульсии А
Ингредиент
Содержание (%)
Натуральный экстракт, содержащий сапонины<sup>(1)</sup>
5
Полисахарид<sup>(2)</sup>
38,6
Вкусоароматическое вещество<sup>(3)</sup>
14,3
Вода
42,1
1) Q-Naturale™ (Раствор экстракта килайи в воде, поставщик: National Starch)

2) Glucidex 18 DE (Мальтодекстрин, поставщик: Roquette Freres)
3) Лимонен
Эмульсия имела вязкость 113 мПа·с при 25°С, а размер капелек d(v, 0,9) составил 1,8
мкм.
Капсулы А готовили распылительной сушкой эмульсии А с применением распылительной сушилки Buchi Mini Spray-Dryer В-290, поставляемой Buchi, Флавил, Швейцария, при температуре воздуха на входе 180°С.Температура воздуха на выходе составила 100°С. Эмульсия до атомизации имела комнатную температуру.
Полученные капсулы имели следующий состав:
Таблица 2
Состав капсул А
Ингредиент
Содержание (%)
Натуральный экстракт, содержащий сапонины<sup>(1)</sup>
1,6
Полисахарид<sup>(2)</sup>
79,4
Вкусоароматическое вещество<sup>(3)</sup>
16,4
Вода
2,6
1) Сухой экстракт килайи

2) Glucidex 18 DE (Мальтодекстрин, поставщик: Roquette Freres)
3) Лимонен
Полученные капсулы характеризовались температурой стеклования 85°С, а размер частиц d(v, 0,9) составил 78 мкм.
Пример 2
Приготовление твердых капсул в соответствии с изобретением
Эмульсию В готовили путем гомогенизации следующих ингредиентов:
Таблица 3
Состав эмульсии В
Ингредиент
Содержание (%)
Натуральный экстракт, содержащий сапонины<sup>(1)</sup>
2
Полисахарид<sup>(2)</sup>
41,2
Вкусоароматическое вещество<sup>(3)</sup>
14,3
Вода
42,5
1) Q-Naturale™ (Раствор экстракта килайи в воде, поставщик: National Starch)

2) Glucidex 18 DE (Мальтодекстрин, поставщик: Roquette Freres)
3) Лимонен
Эмульсия имела вязкость 130 мПа·с при 25°С, а размер капелек d(v, 0,9) составил 5,4
мкм.
Капсулы В готовили распылительной сушкой эмульсии В с применением распылительной сушилки Buchi Mini Spray-Dryer В-290, поставляемой Buchi, Флавил, Швейцария, при температуре воздуха на входе 180°С. Температура воздуха на выходе составила 100°С. Эмульсия до атомизации имела комнатную температуру.
Полученные капсулы имели следующий состав:
Таблица 4
Состав капсул В
Ингредиент
Содержание (%)
Натуральный экстракт, содержащий сапонины<sup>(1)</sup>
0,6
Полисахарид<sup>(2)</sup>
80,8
Вкусоароматическое вещество<sup>(3)</sup>
16,6
Вода
2,0
1) Сухой экстракт килайи
2) Glucidex 18 DE (Мальтодекстрин, поставщик: Roquette Freres)
3) Лимонен
Полученные капсулы характеризовались температурой стеклования 90°С, а размер частиц d(v, 0,9) составил 80 мкм.