敏感物質膠囊化封裝的製作方法

2023-06-17 00:26:11

專利名稱：敏感物質膠囊化封裝的製作方法
技術領域：
本發明涉及膠囊化封裝和穩定具有揮發性、溫度、和氧敏感物質。
與本發明相關的背景技術有許多存在於自然界的、或合成的物質，在周圍環境條件下具有低穩定性。這些物質經過與存在於大氣環境中的氧發生反應可分解、分離、失活等，或在周圍的和升高溫度的環境中由於揮發而喪失其基本成分。例如香料、香料化合物、芳香劑、香味劑、維生素、營養素(如ω-3油、類胡蘿蔔素、維生素A、和維生素E)、醇類、丙酮、酮類、醛類、有機酸、和抗氧化劑、生物活性物質等等，下文統稱為敏感物質。
敏感物質可具有單一成分或多種成分，可根據其揮發性水平分類。敏感物質若含有在低溫下即可達到沸點的成分即歸類為具有高揮發性、高香調、或頂級香調(top notes)一類。具有低沸點成分的一個實例是丁二酮(2，3-Butanedione)，其沸點是31℃(88°F)，(水的沸點是100℃(212°F))。丁二酮常用於給黃油、咖啡和醋添加奶品風味。
揮發性物質可以由一種單一的低沸點成分組成，或者由具有低沸點、中沸點和/或高沸點成分的混合物組成。中度和低度的敏感物質在環境或升高溫度(≥121℃(250°F))時並不揮發，因此，這些物質通常不受大氣條件和升高的加工溫度影響。揮發性物質中的高香調成分損失常常導致產品中的成分失衡。
揮發性物質中的高香調成分是產品中最敏感的部分。揮發會使高香調成分損失，且溫度超過4.4℃(40°F)時可加速其揮發。在儲藏、食品混合(incorporation)、食品加工、甚至冷凍條件下儲藏也會發生高香調成分的損失。
有許多方法試圖克服保持組方中高香調成分的相關問題。例如，通過加量高香調(高揮發性)部分的組方來彌補損失。然而，這種解決方案沒有解決原始產物對應成品不同揮發混合物的相對濃度。而且，預計高香調成分損失量是很困難的。另外，高香調成分的損失在一段時間內一直存在，且其損失量與溫度有關，因此，揮發性物質的組成是持續變化的。
另一種釋放平衡的高、中、低香調組分的方法已通過膠囊化技術實現。早期嘗試使用噴霧乾燥和噴霧冷凍技術穩定風味和香氛物質。使用噴霧乾燥法，先將某種揮發性物質乳化成具有水溶性保護膠體的水性溶液，例如凝膠和碳水化合物(如阿拉伯樹膠、澱粉、糊精)。然後將乳液噴霧至加熱的空氣柱、或氣柱裡，以蒸發水分。所獲乾燥微粒具有水溶性外殼或水溶性膠體的膠囊，至此，將香料一類的揮發性物質以小微滴的形式進行了包結或封裝。噴霧冷凍法與噴霧乾燥法的區別在於將乳化液噴霧到環境溫度空氣、或冷凍空氣柱裡。
美國專利第3,857,964號教導了控制性釋放香料成分，此香料成分由具有物理惰性的外殼塗層、水軟化和膨脹物質的香料微粒組成。在聚合材料裡加入揮發性溶劑(如環乙縮醛化合物)並攪拌，可形成香料微粒。再將得到的香料微粒邊攪拌邊加入到海藻酸鈉溶液中，則香料微粒被包塗，最後將此混合物經過一個限定孔徑的小孔送入乳酸鈣溶液的室溫浴器裡。
美國專利第5,607,708號提到膠囊化香料物質的形成，此種香料物質具有可食用、不溶於油而溶於水的外殼，包裹著可食用、不溶於水的內核，該內核在45℃時為液體並含有已溶解或分散在內核裡的具有揮發性、溶於油的香料物質。適用於外殼的材料有凝膠、水溶性樹膠、澱粉、或糊精。包裹物質可以是不飽和植物油、脂肪和/或部分氫化油、或脂肪。內核物質的加工是非常重要的，內核物質具有相對較低的熔點，所以在低溫下揮發性成分易於與其混合，從而減少揮發性成分的損失。共環狀離心擠出法(Coannularcentrifugal extrusion)可用於形成內核物質微粒，同時將殼物質塗於其上。美國專利第5,399,368號中利用共環狀離心擠出法生產塗布物質，其中可夾帶揮發性物質(如咖啡油)。
美國專利第5,874,102教導了膠囊化脂肪酸鹽產品，其由一層連續的膜塗布核物質，該膜作為核基質中揮發性物質的屏障。微粒表面可通過直接噴霧法進行塗布。美國專利第5,558,889號教導了對含揮發性成分的內核物質直接噴霧的方法，第一步用水性溶液、第二步用凝膠劑。美國專利第5,004,595號則教導了使用流化床法製作類似的塗層微粒。
美國專利第4,689,235號披露了一種形成膠囊基質組合物的方法，該組合物在1-10個大氣壓下可以壓出，並且具有改善的可達到40％的裝載能力。該膠囊基質由麥芽糊精和氫化辛烯基丁二酸澱粉糊精酯組成。該基質可含有5到40％(重量百分比)的常規液體或揮發性生物活性組分，通過加熱和攪拌的方法加入到容器中。
美國專利第4,576,826號涉及一種生產食用香料膠囊的方法。此方法是用食用油和水性香精形成穩定的乳化液，再將乳化液直接噴霧或以滴入的方法逐滴滴到攪動的粉末狀食用蛋白、碳水化合物、或其混合物上，以便形成膠囊外殼。冷凍香精可利用冷凍微粒的形式，在固化前將冷凍微粒加入塗層物質裡。
當乾燥噴霧法和冷凍噴霧法可將液體香料轉化成固體微粒時，這些方法本身也存在限制，如要使用大量的空氣。對空氣中的氧敏感的化合物會氧化和分解。例如，帶有多個雙鍵的物質暴露於氧氣會喪失效力和活性，這些物質有共軛亞油酸、ω-3油、魚油、以及厭氧性生物和兼性厭氧性生物，如雙裂菌類生物和乳酸桿菌類生物，但並不限於這兩種。另外，這兩個過程的加熱作用，會導致低沸騰物或敏感物質幾乎全部揮發和/或氧化，即使低沸騰物和敏感物質是超量配比的。
發明簡述本發明的目的之一是提供一種溫度/氧敏感物質膠囊化封裝法。這些溫度/氧敏感物質包括香料、香味劑、營養素、色素、厭氧性細菌及與其有相同特性的物質。採用溫度/氧敏感物質膠囊化封裝法，這些物質不會由於與氧反應、或溫度升高而損失揮發性成分。
本發明的第二個目的是對某些揮發性物質提供保護並阻止其發生不希望的氧化，如醇類、丙酮、酮類、醛類、有機酸、和抗氧化劑。
本發明的第三個目的是提供提高生物活性化合物穩定性的方法，這些化合物包括乳酸桿菌、雙裂菌、腸球菌、肌醇六磷酸酶、澱粉酶、脂肪酶、轉化酵素、轉谷胺醯胺酶、蛋白酶、脂(加)氧酶、和戊聚糖酶。
本發明闡明了一種膠囊化技術，可俘獲和穩定其中高香調、或敏感性的物質。採用目前的封裝技術如乾燥噴霧、冷凍噴霧、和流化床技術，幾乎無法保留這些物質。
本發明闡明了一種膠囊化包結敏感物質的方法，其中需要在一種對揮發性物質來說是惰性的環境裡，將揮發性物質噴塗到固體載體上形成一種噴塗物質，再以膠囊的形式包結此噴塗過的物質。發明詳述首先，在一個密封的反應器裡將敏感物質，如揮發性液體噴塗到一個固體載體上。然後在反應器中充氮氣、二氧化碳、或其他任何對敏感物質穩定的惰性氣體，以置換所有不符合條件的空氣。下一步則是將噴塗過的物質在同一個容器內膠囊化包結，或者在另一容器內進行包結。
將載體置於一個可密封且能夠進行機械攪拌的容器內。優選機械性攪拌可產生流化床。接著密封容器，引入惰性氣體置換氧氣。適合的惰性氣體包括二氧化碳、氮氣、和氦氣，但不限於此。惰性氣體還可起到類似毯子的作用。之所以選擇惰性氣體是因為它不會同揮發性物質和載體發生反應。然後攪動載體物質。
攪動液體物質(氧敏感物質)以確保其完全均化。在液體物質沒有暴露於空氣或氧氣的條件下，將其通過噴嘴導入密封的容器中(例如用泵)。噴嘴用來形成小液滴，而小液滴更易被載體物質吸收。噴霧所用時間是依液體噴到固體之上的增加水平而定，且這段時間要確保液體完全吸收以形成自由流動的粉末。在加入揮發性液體物質時，要攪動或攪拌載體以確保液體物質均勻地分布到固體載體上。
典型的揮發性液體物質具有大約華氏4.4℃-121℃(40°F-250°F)的沸點，較好10℃-37.8℃(50°F-100°F)，優選是15.6℃-26.7℃(60°F-80°F)。揮發性物質的實例包括香料、香料化合物、芳香劑、香味劑、維生素、營養素(如ω-3油、類胡蘿蔔素、維生素A和維生素E)、酒精、丙酮、酮、乙醛、有機酸、抗氧化劑和精練油，但揮發性物質並不限於此。揮發性物質的實例還有檸檬油、荷蘭薄荷油、香草提取物、大蒜油、肉桂提取物和其他植物中提取的精煉油。
其他敏感性物質包括生物活性混合物，這些生物活性混合物包括乳酸桿菌、雙裂菌、腸球菌、肌醇六磷酸酶、脂加氧酶、和戊聚糖酶，但並不限於此。
該載體可以是任何多孔或半多孔物質，例如(但不限於)麥芽糊精、糊精、二氧化矽、澱粉、樹膠或水凝膠。該載體的選擇是基於其俘獲液體物質的能力。合適的載體包括N-ZORBIT M和K-4484，但合適的載體並不僅限於這兩種。N-ZORBIT M是來源於木薯的一種木薯麥芽糊精，K-4484是一種具有高溶解性及優良透明度的木薯糊精並是溫和的調味品。N-ZORBIT M和K-4484都是國立澱粉和化學製品公司(National Starch and Chemical Company)的產品。
適宜的載體微粒的大小約為50到2000微米，較好100到1000微米，優選200到500微米。揮發性液體物質和固體載體都是可食用的。
按重量計算液體往固體載體上的加載水平，大約是重量的1％到70％，較好是5％到40％，更好10％到30％，優選15％到25％。本領域技術人員應知每一種產品所需揮發性物質的量。例如，大蒜刺激性較強，因此應像肉桂一樣要求較低的加載濃度，而蘋果汁則可能需要較高的濃度。
在加入液體物質之前，載體需要冷卻，例如用液氮冷卻載體，液氮的溫度在零下198℃到零下208℃之間。液體物質也可以冷卻到4.4℃(40°F)以下，並且在加載到載體上的過程中一直保持冷卻。如果需要，也可給容器加一個冷卻罩，使容器在噴塗過程中一直保持冷卻狀態。
任何適合的攪拌器，如攪動式攪拌器、螺條混合機、或V型攪拌機都可用在本發明中，將液體塗布到載體上。
在揮發性液體噴塗到固體載體上形成噴塗物質後，噴塗物質既可在進行上述噴塗過程的同一個容器中膠囊化，也可在另一個容器中進行膠囊化。在一個優選實施例中，將噴塗物質從密封的攪拌器中移出，置於為膠囊化固體微粒設計的反應器裡。不論哪種情況，膠囊化反應器必需是密封的。將反應器需充以氮氣、二氧化碳、或任何其他對揮發性物質惰性的適合氣體，以置換所有不符合條件的空氣。優選該容器具有攪拌和加熱內部物質的裝置。
任何適合的膠囊密封材料都可使用。較適合的膠囊密封材料是脂質物質，例如動物、植物、礦物和其改性體中提取的單烴、雙烴和三烴基甘油、蠟及有機酯，但並不限於這些脂質。實例包括甘油三酯鹽，如大豆油、棉籽油、菜籽油、牛脂油、棕櫚核油及長鏈脂肪酸酯，以及醇類，如巴西棕櫚蠟、蜂蠟、麩皮油、牛脂及棕櫚核油。適宜的脂質物質的熔點最好是大約15.6℃-93.3℃(60°F-200°F)。
具體的膠囊材料非限定性地包括NATIONAL 46、CAPSUL和N-LOK。NATIONAL-46是一種低粘度產品，用於柑橘類香料的封裝，如橙子、檸檬和其他柔和的香料油。CAPSUL是一種改良的從白玉米中提取的食物澱粉，用於封裝香料、clouds、維生素和調味品。N-LOK是一種低粘度產品，用於封裝香料、脂肪、油及維生素。NATIONAL、CAPSUL及N-LOK都是國立澱粉和化學製品公司的產品。
在一個優選實施例中，先將膠囊物質熔化，再將液化的物質泵入膠囊化反應器中。該流速根據此方法中膠囊化反應器的類型而定，並為本領域技術人員所熟知。在反應器裡用本領域技術人員已知的方法使含有揮發性物質的載體液化，如將惰性氣體強行向上驅趕使其穿過微粒層，使微粒形成連續循環、翻滾作用。由於微粒是流化(fluidized)的，液化物質噴塗到流動微粒上。
所獲膠囊化微粒中的膠囊劑(塗層)佔重量的百分比大約為10％到90％，較好為20％到80％，優選為30％到50％。
將粉末狀凍幹的嗜酸性乳酸桿菌培養物導入一膠囊化容器內，如一流化床及類似容器，該容器已經適當消毒。圍繞膠囊封裝容器、流經整個工作間(如一間屋子)的氣流需要除溼，以減少可能的溼度對微生物的影響。容器中的微生物也需要用惰性氣體隔離，如氮氣，以減少可能存在的氧氣對整個封裝過程的影響。當膠囊封裝開始時，在將合適的已熔化了的塗層劑噴霧到膠囊封裝容器之前，微生物培養基裡的內部溫度需逐步升高至15.6℃-48.9℃(60°F-120°F)的範圍內。要連續進行噴霧熔化塗層劑，直到獲得理想的塗層厚度，而此厚度由上文所述的保護性厚度決定。將獲得的一批產物，即凍幹的嗜酸性乳酸桿菌，隨後從封裝容器中釋放出來，篩分大小適合的微粒並包裝成品。
下表是未進行膠囊化封裝的凍幹嗜酸性乳酸桿菌(對照)，以及兩種不同塗層厚度膠囊化封裝的嗜酸性乳酸桿菌的穩定性比較。膠囊1和膠囊2塗層分別是15％和25％。封裝過程明顯地影響了原始的凍幹嗜酸性乳酸桿菌的活性和生物效能，這一影響可在初始的CFU值中反映出來，因為表上所列舉出的對照、膠囊1和膠囊2的樣品具有相同的重量。在對照評估其儲藏期之前，所有的凍幹嗜酸性乳酸桿菌分別以冷藏(4℃，適宜的儲藏條件)、室溫(20℃，正常的分發渠道到零售點)、或升高溫度(40℃，破壞性的)的環境中儲藏4周。到達4周時，對照樣品與膠囊1和膠囊2的樣品比較，對照樣品存活的細胞數量至少有兩倍對數值的減少，因此提示了膠囊封裝形式可延長儲藏期。
A培養天數B表示數目×1010cfu/g(或10,000,000,000菌落結構單位/克)實施例2使用溫度和/或氧敏感物質法膠囊化封裝天然檸檬油眾所周知，天然檸檬油易於氧化。另外，檸檬油含有一些高揮發性成分，這些高揮發性成分形成檸檬油濃鬱香味的特徵，如熟悉這些物質的人士(如香料化學家)所期待的。下面所述的膠囊封裝技術展示出其可成功地俘獲檸檬油的高揮發性成分，當檸檬油釋放出來時，可產生強烈的感官效果。
一般而言，先將檸檬油噴塗到已選擇好的如澱粉或麥芽糊精載體上，這一步是以噴霧的方式將檸檬油液體噴到合適的裝置裡，如螺條混合機、V型攪拌機或其他攪拌機，攪拌機可使檸檬油和載體充分混合。在整個噴塗過程中，攪拌機被氮氣或其他惰性氣體覆蓋以減少氧化。根據噴塗的香料物質，攪拌機可進行隔離。根據預定的對氧和升溫敏感的檸檬油、其他香料、或其他液體物質加載水平，在攪拌機裡的混合過程大約要10到30分鐘。接著將噴塗過的、已同固體微粒混合在一起的檸檬油排放到被氮氣或其他惰性氣體封閉和覆蓋的膠囊化封裝器中。
當膠囊封裝開始時，在膠囊封裝器裡將噴塗過的檸檬油逐步升溫至15.6°F-65.6°F(60°F-150°F)。當一批量的檸檬油溫度達到預定溫度時，將熔化了的塗層劑以霧狀噴到含有需噴塗的檸檬油封裝器裡。根據對檸檬油或其他香料所需保護的程度決定塗層厚度，熔解的噴塗劑的噴霧在預定水平停止。將完成的一批產品，如膠囊化封裝的檸檬油，從封裝容器中排放出來，篩選出大小適合的微粒並包裝成品。
儘管本發明已經參照優選實施例進行了說明，但是，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。本發明的各種更改、變化、和等同物由所附的權利要求書的內容涵蓋。
權利要求
1.一種膠囊化封裝敏感物質的方法，包括在對敏感物質惰性的氣氛下，將敏感物質噴塗到固體載體，以形成噴塗物質；以及膠囊化封裝所述噴塗物質。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述對敏感物質惰性的氣體包括氮氣、二氧化碳、或氦氣。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述固體載體在用敏感物質噴塗之前需要冷卻。
4.根據權利要求3所述的方法，其中用氮氣冷卻所述固體載體。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述固體載體是多孔或半多孔的。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述固體載體是麥芽糊精、二氧化矽、澱粉和澱粉衍生物、樹膠、或水凝膠。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述膠囊化封裝是在對敏感物質惰性氣氛中進行。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述對敏感物質惰性的氣氛是無氧的。
9.根據權利要求7所述的方法，其中所述對敏感物質是惰性的氣氛是氮氣、二氧化碳、或氦氣。
10.根據權利要求1所述的方法，其中所述敏感物質具有4.4℃-121℃(40°F-250°F)的沸點。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述對敏感物質惰性的氣氛是無氧的。
12.根據權利要求1所述的方法，其中所述敏感物質被噴到所述固體載體上。
13.根據權利要求1所述的方法，還包括用熔化的封裝劑將所述噴塗物質膠囊化封裝。
14.根據權利要求1所述的方法，其中所獲膠囊化封裝微粒中封裝劑佔10％到90％。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所獲膠囊化封裝微粒中封裝劑佔20％到80％。
16.根據權利要求1所述的方法，其中所述敏感物質是揮發性物質。
17.根據權利要求1所述的方法，其中所述敏感物質是一種氧敏感物質。
18.根據權利要求1所述的方法，其中所述敏感物質是生物活性物質。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述生物活性物質由以下物質中選出乳酸桿菌、雙裂菌、腸球菌、肌醇六磷酸酶、澱粉酶、脂肪酶、轉化酵素、轉谷胺醯胺酶、蛋白酶、脂加氧酶、和戊聚糖酶。
20.根據權利要求1所述的方法，其中所述敏感物質至少是一種選自由醇類、丙酮、酮類、醛類、有機酸、和抗氧化劑組成的組。
全文摘要
本發明涉及一種穩定敏感物質的方法。(a)在控制的氣體條件下，將一種敏感物質噴塗於固體載體之上，以減少敏感物質的損失；(b)在控制氣體和氣流的條件下，膠囊化封裝噴塗物質，以減少處理過程中敏感物質的揮發，達到穩定敏感物質的目的。
文檔編號A61K9/50GK1413125SQ00817529
公開日2003年4月23日 申請日期2000年12月13日 優先權日1999年12月22日
發明者卡爾·J·巴奇菲科, 文興·吳, 馬爾塔·弗雷利 申請人:巴爾徹姆公司