基于淀粉的软胶囊和膜的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请为分案申请。其母案的申请日为2010年3月3日、母案的申请号为 201080015848. 1、母案的发明创造名称为"淀粉基软胶囊及用于生产淀粉基软胶囊的方法 和设备"
技术领域
[0002] 本发明涉及一种用于生产淀粉软胶囊的方法（具体来说涉及一种用于生产淀粉 软胶囊的塑制方法）、所得软胶囊和用于生产本发明软胶囊的装置。
【背景技术】
[0003] 软胶囊用以包覆（例如）药物活性成分、饮食产品和食品增补剂。软胶囊的壳通常 主要由明胶组成，这就是胶囊往往也称为软胶胶囊的原因。尽管几乎完全使用明胶，但这种 物质具有很多缺点。明胶是动物来源的材料，因此明胶首次和疯牛病（bovine spongiform encephalopathy ;BSE)危机一起成为反对和公开批评的对象。从那以后一直有研究集中于 基于植物的替代物。由于BSE危机，故在肉类丑闻复现的环境中，反复的新的反对一直存 在，并且大体上向素食方法的趋势日益增长。因此，明胶胶囊对于素食主义者来说是不理想 的，并且明胶胶囊对于绝对素食主义者来说是不可接受的。由于明胶大部分是从屠宰场猪 的废弃物获得，故明胶胶囊对于需要符合犹太教规要求的洁净食物或清真产品的消费者来 说，也是不可接受的。
[0004] 在软胶囊领域中所期望的明胶取代物将优选为植物来源，若要使所生产的胶囊具 有与已知明胶相同的性质，那么替代性的原材料不应更加昂贵，工艺不应更加复杂和/或 昂贵，并且新技术应不需要较大投资。
[0005] 美国专利6, 770, 293号建议软胶囊的壳应基于聚乙烯酯和聚酯的共聚物。然而， 这些共聚物是合成聚合物。另一方面，在软胶囊领域中，希望用基于植物的替代性物质来替 换之前占主导地位的明胶。
[0006] 美国专利5, 342, 626号描述不含明胶的软胶囊的生产，所述不含明胶的软胶囊基 于一混合物，所述混合物的基本成分为结冷胶、角叉菜胶和甘露聚糖。所描述的混合物具有 明胶的性质，因此所述混合物在高温下为液态，而在冷却时形成膜。美国专利6, 949, 256号 也描述不含明胶的、基于角叉菜胶的软胶囊的生产。以此方式所生产的软胶囊确实是基于 植物起始材料，但以此方式所生产的软胶囊具有以下缺点：角叉菜胶十分昂贵，并且角叉菜 胶被怀疑为有致癌性。此外，因为角叉菜胶的熔融物具有较高粘度，凝胶化速率较慢，所以 只能用一困难而灵敏的方法来生产相应的软胶囊，因此角叉菜胶软胶囊的性能必然不如明 胶软胶囊。
[0007] 另一来源于植物源、用于生产软胶囊的材料是淀粉。淀粉是比明胶便宜得多的原 材料。然而，由于淀粉水溶液必需使用较低的淀粉含量和较高的水含量，所以用于从淀粉水 溶液生产淀粉软胶囊的塑制方法受到限制。经变性或溶解的淀粉的混合物一般在淀粉含量 为5%时变得十分粘稠，以致于简单的塑制方法至少是不可行的。造成淀粉粘稠的原因是淀 粉具有极高的分子量，分子量可高达100, 〇〇〇, OOOg/rnol。
[0008] 具有较高浓度淀粉的混合物还可以通过可选地使所使用的淀粉水解来塑制，以便 减小所述分子量并通过蒸煮和/或切变来溶解淀粉颗粒。然而，随后在塑制中没有获得凝 胶化，所述溶液反而通过冷却和缓慢干燥而逐渐固化，因此生产率仍然很低。此外，也没有 获得较好的软胶囊机械性能，因为较长的淀粉高分子对于机械性能具有积极影响。例如，US 6, 375, 981号描述软的塑制淀粉胶囊。所使用的水解淀粉是在导致淀粉颗粒完全破坏的条 件下蒸煮的。
[0009] 然而，淀粉软胶囊通常是通过挤塑获得的，挤塑需要昂贵的挤塑机。高粘度的均质 淀粉熔融物由淀粉产生，所述淀粉通常在切变形式的机械能的影响下，在塑化作用中，以颗 粒形式存在于高于100°c的温度下，并且这种淀粉熔融物随后在高压下通过槽孔式喷嘴，以 首先产生淀粉膜。由于输入了较高的机械能，所以淀粉的分子量大大减小，这对于膜的机械 性能来说是缺点，此外，在喷嘴处进行的滴料供料工艺期间，高分子沿膜的纵向取向，所以 所述膜是各向异性的，这是进一步处理的缺点。在成形后，当淀粉膜挤塑时，不存在凝胶化， 反而在成形后，膜的温度下降，因此膜的强度稍微增加。此膜随后经进一步处理以形成软胶 囊壳。
[0010] 例如，通过挤塑获得均质淀粉膜，由均质淀粉膜产生的软胶囊在EP 1 103 254 Bl 中已知。因为所需要的挤塑机和塑化的淀粉膜很难熔接，所以所述软胶囊的制造较为复杂， 这就是需要较高熔接温度的原因。所得胶囊性能较差，具体来说，所得胶囊在较低大气湿度 下易碎。
[0011] 淀粉的变性是通过在水介质中加热淀粉而实现，其中变性程度随着温度的增加而 增加。如果淀粉颗粒同时经受由剪切力引起的机械应力，那么在相同温度下会获得更大程 度的变性。如果淀粉颗粒的结晶性实质上遭到破坏，那么即使较小的剪切力（诸如，存在于 淀粉混合物简单混合和滴料供料工艺中的剪切力）也足以增加变性的程度，且实质上破坏 膨胀的淀粉颗粒，此外，淀粉高分子的分子量可显著减小。变性的程度可细分为以下阶段：
[0012] 阶段1 :淀粉的结晶性受到部分破坏；在偏光显微镜中为
[0013] 阶段I. 1 :至多5 %的颗粒不再是双折射的
[0014] 阶段I. 2 :5-10%的颗粒不再是双折射的
[0015] 阶段I. 3 :10-20%的颗粒不再是双折射的
[0016] 阶段I. 4 :20-30%的颗粒不再是双折射的
[0017] 阶段I. 5 :30-40%的颗粒不再是双折射的
[0018] 阶段2 :淀粉的结晶性受到实质破坏；在偏光显微镜中为
[0019] 阶段2. I :40-50%的颗粒不再是双折射的
[0020] 阶段2. 2 :50-60%的颗粒不再是双折射的
[0021] 阶段2. 3 :60-80%的颗粒不再是双折射的
[0022] 阶段2. 4 :80-100%的颗粒不再是双折射的
[0023] 阶段3 :至多5%的颗粒是双折射的
[0024] 阶段3. 1 :1-10 %的颗粒破裂
[0025] 阶段3. 2 :10-20 %的颗粒破裂
[0026] 阶段3. 3 :20-30%的颗粒破裂
[0027] 阶段3· 4 :30-50%的颗粒破裂
[0028] 阶段3. 5 :50-70%的颗粒破裂
[0029] 阶段3. 6 :70-100%的颗粒破裂
[0030] 破裂的淀粉颗粒的特征在于：淀粉颗粒的表面上具有破缝/裂缝，和/或以前相对 光滑的表面必定发生变形（例如，收缩的表面）。除仍以完整颗粒形式存在的淀粉微粒之 外，还可能存在分解成片段的淀粉微粒。然而，淀粉颗粒以及片段仍可辨别为实体。
[0031] 阶段4 :未观察到双折射，并且淀粉颗粒遭到实质破坏
[0032] 阶段4. 1 :仍存在淀粉颗粒的片段，但淀粉大部分处于溶解形式
[0033] 阶段4. 2 :淀粉完全地处于溶解形式
[0034] 在技术领域中对术语"变性淀粉"没有一致的理解。此处变性淀粉指的是已经至 多变性到阶段4. 1的淀粉，即，淀粉仍至少部分处于微粒形式。
[0035] 所有由经降解的淀粉溶液或经挤塑的淀粉材料产生的淀粉软胶囊的共同点在于： 淀粉的分子量大大减小，并且淀粉微粒已经受到实质的、完全的破坏。因此，根据以上提及 的公开US 6, 375, 981号和EP 1，103, 254 Bl所生产的软胶囊实质上仅含有变性阶段为4. 2 的淀粉。
[0036] 本发明的目的是提供一种基于无争议和有利的植物原材料的软胶囊，所述软胶囊 具有良好的机械性能，并且所述软胶囊在生产上简单并且节省成本。
[0037] 优选地，可能使用标准的"旋转模具"包胶法来产生本发明的软胶囊。
[0038] 所述术语软胶囊指的是整体上的软胶囊（即，软胶囊壳加上内容物）以及单独的 软胶囊壳，并且所述术语软胶囊在文中理解为指整体上的软胶囊和/或相应的软胶囊壳。
【发明内容】
[0039] 根据本发明，通过一种用于生产基于淀粉的软胶囊的方法来达成此目的，具体来 说是通过一种塑制方法，在所述方法中，包含淀粉的混合物（在所述混合物中，液相中高于 50重量百分比（wt%)的淀粉存在形式为颗粒状淀粉的微粒）成形为膜，并且所述混合物 在此成形期间和/或此成形后通过温度的升高（具体来说，升高多于5°C )而固化，并且软 胶囊由此膜产生。
[0040] 优选地通过一种用于生产基于淀粉的软胶囊的方法来达成此目的，具体来说是一 种塑制方法，所述方法包含以下步骤：
[0041] -制备混合物，所述混合物包含：
[0042] a)淀粉，所述淀粉为扣除塑化剂后干燥混合物的> 40重量百分比，其中液相中高 于50重量百分比的淀粉的存在形式为颗粒状淀粉的微粒；
[0043] b)塑化剂，所述塑化剂为干燥混合物的15-70重量百分比；
[0044] c)水，所述水为总混合物的15-90重量百分比；
[0045] d)可选地，增稠剂，所述增稠剂为扣除塑化剂后干燥混合物的至多50重量百分 比；以及
[0046] e)可选地，传统的添加剂和辅料；
[0047] -使所述混合物成形，以在成形操作中形成膜；
[0048] -通过在成形操作期间和/或成形操作后将混合物的温度升高多于5°C来使所述 混合物固化；以及
[0049] -使所述膜成形，以形成软胶囊，所述软胶囊包含变性淀粉的微粒。
[0050] 根据本发明，淀粉的分子量并未显著减小。因此，有可能产生具有尤其良好机械 性能的新膜、新的软胶囊和干燥的软胶囊。此外，另一方面，材料的非均质结构也显著地促 成了此结果，因为在固化温度下形成的变性的颗粒状淀粉微粒本身已经具有某种强度和弹 性，这对新膜和新的软胶囊以及干燥的软胶囊的处理具有有利的影响。
[0051] 本发明有利的实施方式含于相关的权利要求书中。
[0052] 为达到淀粉膜的良好机械性能，淀粉的分子量和淀粉在起始混合物中相应比例的 量应足够大。根据本发明，最初与淀粉的流动性相反的组合（即，低粘度）和高分子量是通 过以下事实达成的：在塑制混合物中淀粉以微粒的形式存在。那么，混合物的粘度主要是 通过水和塑化剂的粘度来测定的，因此混合物的粘度十分低。例如，包含总计近似35重量 百分比的水和35重量百分比的甘油的淀粉混合物（基于淀粉含量）即使在没有压力的情 况下，也可以塑制得很好。混合物如果具有相同组分，但在所述混合物中，淀粉在成形之前 以经变性、溶解或塑化的形式存在，那么所述混合物将具有至少高1000倍的粘度（即，大于 10, OOOPas)。例如，为使此混合物成形以形成膜，将需要高压，诸如可通过挤塑机产生的高 压。或者，此混合物的水含量将必须增加到近似95 %，以便在没有压力的情况下混合物是可 塑制的。然而，随后，在塑制后所述混合物将仍为液体（即使后续温度升高），而非可经进一 步处理成软胶囊的、具有可用机械性能的膜。
[0053] 如果对所述淀粉混合物加热，那么淀粉微粒会发生更大程度的膨胀和变性，其中 微粒结合水和塑化剂，膨胀并粘结在一起。获得微粒的块或团，即由淀粉微粒的混合物组成 的非均质结构。
[0054] 接着可塑制混合物（以前为低粘度）的固化几乎与温度的升高同时发生，以形成 粘弹性固体材料，所述固化的特征在于典型的固体性质（诸如，弹性模数），并且所述固化 发生的原因是水和塑化剂的液相消失（即，扩散进入淀粉微粒中），由于高分子的缠结，形 成淀粉微粒内部的网状结构（即，凝胶结构），并且所述微粒彼此粘结。可选地，微粒的粘结 仍可通过添加增稠剂来改善。
[0055] 混合物的固化理解为指代初级固化，其中存在颗粒状淀粉的变性，即，淀粉的相转 换和混合物性质数量级的改变。此相转换表现为塑制化合物/塑制材料的凝胶化，以形成 固态膜。此过程不需要除了淀粉之外的任何胶凝剂。在混合物发生初级固化后，存在通过 凝沉引起的次级固化（即，淀粉高分子的结晶），当经初级固化的膜的温度降低和/或膜的 水含量减少，和/或淀粉的网状结构逐渐形成时，所述次级固化伴随有物质性质的渐变。
[0056] 根据本发明，具有较高淀粉比例的淀粉混合物可使用简单的塑制方法而处理成软 胶囊。与相同量的淀粉以溶解形式存在的混合物相比，获得具有低若干数量级的粘度的混 合物。混合物固化成具有高弹性和高延伸性的各向同性的软胶囊材料是通过升高温度实现 的。在本发明的方法中，有利的是淀粉的分子量并未显著减小。Mw2/Mwl的商优选为> 0. 3， 更优选为> 〇. 4,更优选为> 0. 5,更优选为> 0. 6,更优选为> 0. 7,更优选为> 0. 8,其中 Mwl为所使用的淀粉的重均分子量分布，并且Mw2为所产生的软胶囊中淀粉的重均分子量 分布。此处应注意的是淀粉的分子量显示对机械应力十分敏感的反应。例如，仅通过摇动 溶液便可适度减小所溶解的淀粉的分子量。
[0057] 可以用与明胶塑制方法几乎相同的方式，将根据本发明要使用的淀粉混合物处理 成软胶囊。因为可使用相同的设施和装备，所以这