本申请要求于2015年12月22日提交的第62/270,797号美国临时申请的权益，其公开内容明确地通过引用整体并入本文。
本发明主要涉及的技术领域是封装技术，具体地涉及活性成分诸如香料的封装。
背景技术：
封装物的封装是一个活跃的研究领域。具体而言，出于多种原因需要封装诸如药物、农药(包括杀虫剂、杀线虫剂、除草剂、杀真菌剂、杀微生物剂等)、防腐剂、维生素、调味剂的封装物和其他封装物。在药物和农药的情况下，可能需要封装以实现药物或农药的控释。对于维生素，可以进行封装以保护维生素免受空气氧化，从而延长维生素的保质期。在调味剂的情况下，可以进行封装以将调味剂置于易于计量的形式，这将在可控事件(诸如添加水)下释放调味剂。
过去生产的封装产品的一个问题是封装的完整性。如果封装的完整性以任何方式受到损害，除了外观方面的损失之外，在干燥过程中和干燥后暴露的表面上可能发生有害的化学反应诸如封装的活性物质如香料、药物等的氧化，并且无论是否需要，有可能导致在水合之前、在贮存期间封装物的过早释放(例如，香料损失)和/或在水合后快速释放。
在此描述的实施方式解决了这些挑战。
技术实现要素：
描述了一种颗粒挤出封装产品，包括封装在包含至少一种改性淀粉和至少一种低分子量碳水化合物的玻璃态基质中的封装物。玻璃态基质另外含有按重量计约0.5％至约10％的至少一种不溶性纤维，从而改善封装产品的完整性。
另外的实施方式包括：在上述产品中，所述不溶性纤维构成按重量计约3％至约8％；在上述产品中，基于所述颗粒产品中颗粒的总数，所述颗粒产品中至少80％的颗粒未破损；在上述产品中，基于所述颗粒产品中颗粒的总数，所述颗粒产品中至少85％的颗粒未破损；以及在上述产品中，基于所述颗粒产品中颗粒的总数，所述颗粒产品中至少90％的颗粒未破损。
另外的实施方式包括：在上述产品中，所述纤维的平均尺寸为约20微米至约300微米；在上述产品中，所述纤维的平均尺寸为约50微米至约200微米；在上述产品中，所述纤维的平均尺寸为约75微米至约150微米；在上述产品中，所述基质含有按重量计约49％至约94％的改性淀粉和约5％至约50％的低分子量碳水化合物；以及在上述产品中，所述低分子量碳水化合物的平均分子量小于800g/mol(克每摩尔)。
另外的实施方式包括：在上述产品中，所述低分子量碳水化合物包含糖、多元醇、玉米糖浆固体或其混合物；在上述产品中，包含于所述产品中的所述封装物的量按重量计为基于所述挤出封装产品的总重量约0.01％至约20％；在上述产品中，包含于所述产品中的所述封装物的量按重量计为基于所述挤出封装产品的总重量约4％至约12％；在上述产品中，包含于所述产品中的所述封装物的量按重量计为基于所述挤出封装产品的总重量约8％至约10％；在上述产品中，包含于产品中的所述封装物的量按重量计为基于所述挤出封装产品的总重量至少8％；在上述产品中，所述颗粒产品具有0.1mm至7mm的平均粒径；在上述产品中，所述颗粒产品具有0.3mm至3mm的平均粒径；在上述产品中，所述颗粒产品颗粒具有0.6mm至2mm的平均粒径；在上述产品中，所述颗粒产品具有25℃至80℃的玻璃化转变温度；以及在上述产品中，所述改性淀粉包含正辛烯基琥珀酸酐改性淀粉。
另外的实施方式包括：在上述产品中，所述不溶性纤维包括苹果纤维、蓝莓纤维、柑橘纤维、甘蔗纤维、燕麦纤维、木纤维、纤维素纤维、微晶纤维素纤维、棉纤维、米纤维、小麦纤维或其混合物；在上述产品中，所述低分子量碳水化合物包含麦芽糖、海藻糖、葡萄糖、乳糖、果糖、木糖、蔗糖、玉米糖浆固体、赤藓糖醇、麦芽糖醇、甘露醇、木糖醇、山梨糖醇、乳糖醇或其混合物；在上述产品中，所述封装物包含香料、香精、维生素、膳食补充剂、药物或其混合物；在上述产品中，所述封装物包含香料；在上述产品中，所述香料为天然香料、天然提取物、油性树脂、精油、蛋白质水解物、反应香料、人造香料、复合香料或其混合物；上述产品另外含有增塑剂，所述增塑剂包含水、甘油、丙二醇、碳水化合物溶液或其混合物；在上述产品中，所述玻璃态基质含有按重量计至多2％的防粘剂；在上述产品中，所述防粘剂包含脂肪酸的钙盐、镁盐、钠盐或钾盐，二氧化硅，二氧化钛，蜡(包括蜂蜡、巴西棕榈蜡、小烛树蜡)或其混合物；上述产品还含有按重量计至多约70％的麦芽糖糊精；上述产品还含有按重量计至多约10％的至少一种树胶；以及在上述产品中，所述树胶包含黄原胶、海藻酸盐、角叉菜胶、果胶或其混合物。
还描述了制造颗粒挤出封装产品的方法，包括在挤出机组件中将包含基质和封装物的基质组分混合并熔融，以形成粘性分散体；成型、挤出和模面切割所述粘性分散体，以获得颗粒挤出封装产品；以及将所述颗粒挤出封装产品干燥并冷却至玻璃态，其中所述基质组分另外包含按重量计约0.5％至约10％的至少一种不溶性纤维。
其他实施方案包括：在上述方法中，所述不溶性纤维包括苹果纤维、蓝莓纤维、柑橘纤维、甘蔗纤维、燕麦纤维、木纤维、纤维素纤维、微晶纤维素纤维、棉纤维、米纤维、小麦纤维或其混合物；在上述方法中，所述封装物包含香料；在上述方法中，所述香料为天然香料、天然提取物、油性树脂、精油、蛋白质水解物、反应香料、人造香料、复合香料或其混合物；上述方法，还包含按重量计至多约70％的麦芽糖糊精；上述方法，还包含按重量计至多约10％的至少一种树胶；在上述方法中，所述树胶包含黄原胶、海藻酸盐、角叉菜胶、果胶或其混合物。
下面进一步描述这些实施方式和另外的实施方式。
附图说明
图1a至图1f示出了代表性破裂指数参考图。
具体实施方式
本文所示的细节仅作为示例并且仅出于对本发明的各种实施方式的说明性讨论的目的，并且呈现这些细节是为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用且容易理解的描述。就这一点而言，没有示出本发明的基本理解所需要的细节之外的更多细节，该描述使得本领域技术人员明白如何在实践中具体实施本发明的几种形式。
现在将通过参考更详细的实施方式来描述本发明。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使本公开透彻和完整，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的技术和科学术语相同的含义。在本发明的描述中使用的术语仅用于描述特定实施方式，并不意图限制本发明。如在本发明的描述和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献全文通过引用明确地并入。
除非另外指明，否则说明书和权利要求书中使用的表示成分量、反应条件等的所有数字应被理解为在所有情况下均被术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在下面的说明书和所附权利要求书中提出的数值参数是近似值，可以根据本发明试图获得的期望性质而变化。至少，且并不是试图限制权利要求范围的等同原则的应用，每个数字参数应根据有效数字的数量和普通四舍五入方法来解释。
尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施方式中列出的数值均尽可能精确地报道。然而，任何数值固有地包含必然由它们各自测试测量值中发现的标准偏差导致的某些误差。在整个说明书中给出的每个数值范围将包括落在该较宽的数值范围内的每个较窄的数值范围，就好像这样的较窄的数值范围全部在本文中明确写出一样。
本发明的其他优点将在下面的描述中被部分阐述，并且部分从该描述中是显而易见的，或者可以通过本发明的实践而被获知。应该理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述仅仅是示例性和说明性的，并不限制所要求保护的本发明。
封装的香料以及其他颗粒挤出封装组合物可以在多种应用中有效地递送香料和其他产品。例如，该技术的最新版本使用可以产生香料颗粒的各种明确定义的形状的工艺。这些形状和尺寸可以从棒状到球状到各种尺寸和纵横比的小片变化。通过以各种切割速度切割条状挤出物来控制颗粒的尺寸和形状。由于水通常用于熔融挤出过程中的基质组分，因此最后的加工步骤是干燥过程。这确保了稳定的玻璃态产品。已经发现，对于各种基质和颗粒形状而言，干燥过程会导致产生裂纹并且颗粒最终破碎。如本文所述，已经发现组合物中的某些纤维(诸如，例如，甘蔗纤维、燕麦纤维等)可以有效地防止颗粒破碎或使颗粒破碎最小化，从而更好地保持颗粒完整性和香料功能性。
据认为颗粒的开裂及最终破裂与本发明的玻璃态聚合物-糖组合物在干燥过程中引起的内部应力有关。玻璃态是通过聚合物-糖组合物的过冷而产生的热力学不稳定状态。在这种情况下，通过干燥和冷却组合物产生过冷玻璃态。基本上通过将熔融的组合物冷却至其玻璃化转变温度以下并且还通过提高干燥期间的玻璃化转变温度来产生过冷玻璃态。与冷却相比，干燥会产生更大的内部应力，从而造成颗粒开裂和破裂。
尽管有许多因素影响玻璃态颗粒的开裂和破裂的程度，但已经发现两个因素对于使破裂最小化具有很大的影响。一个因素是向基质组合物中添加基本上不溶的纤维。添加的纤维通常具有20微米至300微米的显著平均长度。这远远大于组合物中聚合物分子的长度。这样，通过用纤维在玻璃态颗粒间形成网络来增强玻璃态聚合物颗粒。这有助于将颗粒连在一起，从而使颗粒的最终破裂和破碎最小化。纤维无需彻底防止颗粒中裂纹的形成。
另一种使开裂和破裂最小化的机制是通过引入可溶性树胶。基本上，它们使聚合物颗粒更坚韧，起到内部胶水的作用。通常，树胶具有比基质的多数组分更高的分子量。这种含有树胶的较坚韧的颗粒可更好地抵抗开裂和破裂。然而，已经发现树胶在防止颗粒的最终破裂和破碎方面不如不溶性纤维有效，尽管已经发现不溶性纤维和可溶性树胶的一些组合可以很好地起作用。例如参见表。
已经发现，向挤出封装组合物中添加按重量计0.5％至15％(例如3％、4％、5％、6％、7％或8％)的纤维(其基本上不溶于水)显著减少了干燥后挤出颗粒的开裂、表面破裂和破碎。这提高了颗粒和香料的完整性、生产过程中产品的一致性，以及封装的香料的更长保质期等等。发现将纤维添加到基质组合物中对于棒状和片状颗粒是特别有利的。纤维的平均尺寸为约20微米-约300微米，一般为约75微米-约200微米。
样品中全部完整原始颗粒的量被定义为颗粒总群体中全部未破损颗粒的数量百分比。另外，破碎颗粒的量可以计算为样品中颗粒总数的数量百分比。可以采用多种方法来评估或测量这个百分比。例如，可以将完整颗粒直接计数为样品中颗粒总数的百分比。当颗粒相对较大(直径大于1mm)时，这是特别实用的。对于较小的颗粒、较大的样品和较大程度的颗粒破碎，可以建立目视评估。在这种情况下，可以由一个或多个人使用用于目视比较的参考图表来确定破裂指数(fi)。在这种情况下，参考图表针对每个特征颗粒大小和形状进行开发。实施例1展示了这种方法的使用。
或者，可以通过传统的图像分析技术来自动对完整颗粒和破碎颗粒计数。这些技术涉及静态图像和显微照片的图像分析，或颗粒流中的动态图像分析。用于这两种技术的仪器都可以买到。
另一种分析方法涉及破碎颗粒和完整颗粒的筛分离和分析。在这种情况下一个或多个分离筛的选择由粒度和形状决定。破碎颗粒可以与完整原始颗粒分离，并且可以计算两个群体中颗粒的数量并表示为颗粒总数的数量百分比。这可以手动完成或使用传统的自动计数器完成。在这种情况下，破损颗粒或完整颗粒的量也可以表示为样品中的重量分数和重量百分比。基于该重量百分比，可以计算在干燥和/或储存过程中破损的原始颗粒的数量和百分比。例如，制备本文实施例1和实施例2中制备和描述的颗粒产品，使得按重量计产品的小于5％通过16号美国筛，按重量计产品的小于10％通过尺寸16美国筛，或按重量计产品的小于20％通过16号美国筛。
用于封装香料的熔融挤出加工物和其他材料在挤出机组件中混合并熔融。挤出机组件将干混基质与水以及香料混合，熔融混合物，并将粘性物质挤压通过通常具有多个孔的模具。旋转切割刀将条状熔融物切割为颗粒。然后通常在常规干燥器中干燥并冷却颗粒至环境温度。
在这种典型的工艺中，已经观察到颗粒在干燥和冷却后可能形成内部裂纹，通常在数小时内。随着时间的推移，裂纹会变大，颗粒会破碎成更小的碎片。干燥程度(以及干燥速度或速率)会影响颗粒的含水量和破裂程度。干燥过的颗粒的水分越低，裂纹和破碎颗粒的量越大。未干燥过的颗粒形成很少(如果有的话)的裂纹并且通常不会破裂。在这种情况下，颗粒的水分通常高于8％。对破碎特别敏感的是具有高纵横比的颗粒(例如，厚度与直径之比为1：1上下)，包括诸如棒和薄片等。例如，其他形状也可能对破裂敏感，这也取决于例如颗粒的大小、含水量和基质组成等等。发现含有化学改性淀粉和糖组合的基质对破裂特别敏感。
已经发现，将本文所述的纤维加入到挤出基质中可显著减少干燥后挤出颗粒的开裂和破碎。这改善了颗粒和香料的完整性，例如，导致封装香料的更长保质期，以及产品的更一致性，例如在外观上等等。例如，破碎颗粒的数量或量越大，氧化程度越大，这明显影响保质期。
如下文进一步描述的，可用于本文所述玻璃态基质的材料的一些示例包括：改性淀粉，例如用正辛烯基琥珀酸酐化学修饰的淀粉：低分子量碳水化合物(低于约800g/mol)，诸如麦芽糖、海藻糖、葡萄糖、乳糖、果糖、木糖、蔗糖、玉米糖浆固体、赤藓糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、木糖醇、山梨糖醇和乳糖醇。尽管可以使用实现本文所述结果的任何量，但低分子量碳水化合物通常以按重量计约5％至约50％，更通常按重量计约10％至约30％的量存在，并且改性淀粉通常以按重量计约50％至约95％，更通常按重量计约70％至约90％的量存在。
对于本文公开的方法和组合物特别有用的不溶性纤维包括：苹果纤维、蓝莓纤维、柑橘纤维、甘蔗纤维、燕麦纤维、木纤维、纤维素纤维、微晶纤维素纤维、米糠纤维和麦麸纤维。还发现，例如，如下面的测试数据所证明的，除了纤维之外，使用一些树胶允许使用较少的纤维来制备本文所述的改进的产品，并且类似地允许与纤维一起使用较少的树胶以对产品产生积极影响，该积极影响在仅使用树胶的产品中并不展现。例如，将按重量计至多10％的树胶添加至按重量计至多10％的纤维中可以产生有利的结果，通常使用按重量计至多5％的纤维及树胶，例如3％纤维和2％树胶，可以产生出更坚韧、更强大的产品。树胶通常是高粘度树胶，例如黄原胶、海藻酸盐、果胶、角叉菜胶或其混合物。
对于本文公开的方法、产品和组合物特别有用的增塑剂包括：水、甘油、丙二醇、碳水化合物溶液及其混合物。取决于例如已经存在或包含于所添加的材料中的水量，尽管不是典型的，但在混合过程中不需要将额外的水或其他增塑剂直接添加到组合物中以获得期望的增塑作用。
防粘剂也可以与本文所述的组合物一起使用。对于本文公开的方法和组合物特别有用的是单独使用或组合使用的脂肪酸的钙盐、镁盐、钠盐和钾盐，包括蜂蜡、巴西棕榈蜡、小烛树蜡的蜡，二氧化硅，和二氧化钛。如果使用，它们通常以按重量计约0.25％至约1％的量存在于产品中。
可用本文所述的方法封装为组合物的一部分的代表性封装剂包括诸如香料、香精、维生素、膳食补充剂和药物等物质。所得到的封装产品可以用作任何调味食品产品或调味食品的一部分(局部应用和/或混入食品中)，例如挤出谷物、饼干、谷物棒、零食薯片、面团和冷冻面团、诸如例如面包和松饼的烘焙产品，以及干饮料混合物。当用于这样的食品时，封装产品通常以按重量计至多约3％，例如按重量计约0.1％至约1％添加的香料颗粒的量存在。
在加工中，通常将本文所述的材料加入到挤出机组件中，混合并熔融以形成粘性分散体。只要在挤出之前所有组分均混合并熔融，组合物的各个组分可以按顺序或同时添加。在熔融之后，混合物通过具有多个开口的模具挤出，并且所形成的条状物在被挤出时被切成颗粒。取决于挤出机和切割机的速度，形成棒状、球状或枕状或相对薄的圆盘或薄片形状的颗粒。
还可参见以下实施例和与本公开有至少同一申请人(commonlyassigned)的美国专利以及未决且公开的专利申请，以获得与本文所述的组合物、方法和产品有关的其他信息，其公开内容通过引用并入本文：美国专利号：5603971、6187351、6790453、7488503、7799341、8257738和9,119,411；美国公开的专利申请号：2013/0243851和2014/0272011。
实施例1
将包含按重量计90％正辛烯基琥珀酸酐(osan)改性的淀粉(capsultm淀粉，ingredion)和10％葡萄糖一水合物的基质组合物干混，并以250g/min(克/分钟)进料到2英寸挤出机组件中，挤出机组件配有温控夹套、组件进料区中的液体注入口和打有1/8英寸随机形状的孔的多孔模具。将去离子水以30-40g/min计量加入进料口中。挤出机夹套温度保持在180-220°f。将麦考密克切达奶酪香料计量加入混合物中，最终香料负载为按重量计8％最终封装产品。将封装组合物通过模具挤出，并且模面切割以产生颗粒。将颗粒收集在托盘上，然后在190-210°f的空气温度下在流化床型干燥器中干燥10分钟。在环境温度下在托盘上冷却颗粒。
所得到的玻璃态固体颗粒含有6.0％水(karl-fisher法)，如使用调制差示扫描量热计q2000(ta仪器)测定，显示出玻璃化转变温度(tg)为64.2℃，热容量变化δcp＝0.14焦耳/(克·℃)。用micromeritics粉末比重瓶(型号accurys1330)测量颗粒密度，发现为1.44g/cc。(重要的是干燥颗粒的玻璃化转变温度高于室温，否则颗粒会变粘并结块，造成后续的处理困难和香料损失)。
密封样品在环境温度下储存至少两周后，由经过针对类似的参考样品训练的专门小组成员目视确定破裂指数(fi)。例如参见图1，其示出了1/8英寸随机形状的细片的代表性破裂指数(fi)参考图(图上的每个正方形代表一边长2毫米)。fi建立在0至5的范围内，fi0对应于没有破碎的颗粒(图1a)，fi1对应于按数量计大于90％完整颗粒(图1b)，fi2对应于大于80％完整颗粒(图1c)，fi3对应于约50％完整颗粒(图1d)，fi4对应于少于30％完整颗粒(图1e)，fi5对应于少于10％完整颗粒(图1f)。读数fi2.5被认为是可接受的边界线，fi3.0相当于边界线失败。对于比较例1的样品，fi被确定为5。
实施例2
通过修改如表中所示的实施例1的组合物已经测试了许多封装基质组合物。该表示出含有纤维和树胶的osan改性淀粉-葡萄糖基质组合物的破裂指数。在组合物中等量的osan淀粉已经用等量的不溶性纤维以及等量的不溶性纤维与树胶的组合物代替。实施例1的方法被用于所有组合物。除了储存两周后测定的破裂指数之外，对于一些表现更好的组合物，还使用额外压力测试。包括使用turbulizertm混合器(一台三维混合器)振荡10分钟。还报道了所得fi用于进行比较。
表
表中所示的数据表明，不溶性纤维及不溶性纤维与树胶的组合显著改善了颗粒的完整性以及它们在加工和破裂中对应力的抗性。对于燕麦纤维、木纤维、米纤维、甘蔗纤维以及甘蔗纤维和黄原胶的组合，都展示了特别值得注意的结果。
除了改善颗粒的结构完整性之外，样品中破碎颗粒的量或数量也可以影响样品的外观。样品中破碎颗粒的数量越大，样品可以呈现的半透明度越小。对于潜在客户而言，外观一致性可能是一个重要考虑因素。
如上所述，已经发现，对于各种基质和颗粒形状而言，干燥过程会导致形成裂纹并最终使颗粒破裂从而损害封装产品。如本文所述，已经发现包含于组合物中的某些纤维可改善结构完整性并产生多种额外的积极效果，例如：防止颗粒破裂或使颗粒破裂最小化，从而保持颗粒完整性和香料功能性等(例如，密封包装中的颗粒在环境温度下抵抗破裂的稳定性长达至少六个月)；有助于通过各种加工条件保持颗粒形状和尺寸；有助于保持颗粒的香料特征；有助于保护颗粒免受氧化；改善储存和处理直至应用；有助于防止颗粒结块；等等
尽管已经证明在储存、运输和处理等等中颗粒破损率的改进已经到达如上所述的各种程度，但是在任何特定产品改进的程度取决于诸如特定基质、特定封装物、颗粒形状、特定纤维、干燥条件等等。事实上，适当选定上述因素，通过额外处理，几乎100％(小于1％)的所产生的颗粒保持未破损。
因此，本发明的范围将包括可落入所附权利要求的范围内的所有修改例和变化例。通过对说明书的思考及对本发明的实践，本发明的其它实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。说明书和实施例仅应被认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由所附权利要求阐明。