专利名称：无缝胶囊的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括对中心充填的芯材进行封装的壳材的无缝胶囊以及制造无缝胶囊的方法和设备，其中壳材由玻璃态糖类构成。
传统上，由壳材将芯材封装所形成的无缝胶囊是采用将诸如明胶或树胶等成膜材料作为壳材制造得到。这些壳材表现出两个缺点。首先，它们是由水溶液形成的。因此，在制造胶囊时必须除去大量的水，这需要大量能量和长时间干燥。其次，胶囊服用时这些壳材溶解缓慢，由此在口中留下讨厌的塑膜状残余物。
通常，无缝胶囊是通过将壳材与芯材经同心设置的喷嘴同时挤出以使挤出的壳材与挤出的芯材以共轴射流形式、壳材包围着芯材排出喷嘴进入向下流动的受冷载体液体物流中而制得。共轴射流在受冷载体液体中下降时破碎成小滴，壳材则将芯材封装起来。之后，小滴在受冷载体液体中固化形成无缝胶囊。这一方法在例如美国专利第4,251,195号及4,695,466号中得以公开。但当壳材是快速固化材料时，该现有技术方法的不利之处在于共轴射流中的壳材可能在封装之前固化。结果，不能形成无缝胶囊，所形成的任何胶囊均不是球状且尺寸和外形都不均匀。
美国专利第4,422,985号试图克服这一难题。该专利描述了一种通过向受冷载体液体中引入三共轴射流使封装过程得以进行而改进现有技术的方法，其中三共轴射流由环绕壳材的受热循环液体组成，而壳材本身则环绕着芯材。该方法中，由于胶囊的形成仍必须在受冷液体载体中进行，因而若在进入受冷载体液体中以前发生任何壳材的固化，将不会进行封装过程。
其它用于制造胶囊的方法通常涉及应用螺杆挤出机将含有壳材基体及待封装的材料的乳液挤压成型。但该工艺难于制造由壳材将中心充填的芯材进行封装所形成的胶囊，而封装后的材料通常表现为分布于基体中的液滴形式。
美国专利第2,857,281描述了一种通过将含有糖类基质和调味油的乳液挤压成小液滴制造球状粒子形式的固体调味组合物的方法。
美国专利第3,971,852号描述了一种在由多羟基及多糖化合物所形成的胞状基体中封装油的方法。油与胞状基体处于乳化状态，所得到的乳液经喷雾干燥形成乳液小滴。
美国专利第5,009,900号公开了一种采用挤出的玻璃态基体封装挥发性和/或活泼组分的方法，其中被封装的材料分布在玻璃态基体中。
欧洲专利申请第0339958号公开了一种防沫组合物，它包括一处于晶态的可熔融糖的外壳，在外壳中嵌有有机聚硅氧烷防沫组合物。防沫组合物是通过将糖基体熔融并将有机聚硅氧烷防沫组合物分散到糖熔融物中作为不连续相而形成。之后熔融物固化，由此将分散在熔融物中的防沫组合物镶嵌并包裹。
美国专利第5,300,305涉及提供持久呼吸保护的微胶囊。
本发明的第一个方面是提供制造包括将芯材封装的壳材的无缝胶囊的方法，它包括以下步骤设置具有至少一个外喷嘴和一个内喷嘴的同心布设的多喷嘴系统；将壳材提供给外喷嘴并将芯材提供给内喷嘴；将壳材通过外喷嘴、芯材通过内喷嘴同时挤出，由此形成壳材环绕着芯材的共轴射流；将共轴射流引入受热载体液体流中，由此使壳材得以对芯材进行封装以在受热载体液体中形成胶囊；以及将胶囊引入受冷载体液体流中，由此使胶囊固化。
本发明的第二个方面是提供制造无缝胶囊的设备，它包括具有至少一个外喷嘴和一个内喷嘴的同心布设的多喷嘴系统，壳材经外喷嘴、芯材经内喷嘴同时挤出，由此形成壳材环绕着芯材的共轴射流；将壳材提供给外喷嘴并将芯材提供给内喷嘴的装置；位于多喷嘴系统下方接收共轴射流的第一导管；将受热载体液体送往第一导管以形成环绕共轴射流的受热载体液体流、由此使壳材得以将芯材封装而在受热载体液体中形成胶囊的装置；至少部分位于第一导管下方、用于接收来自第一导管携带胶囊的受热载体液体流的第二导管；将受冷载体液体输送到第二导管以形成环绕胶囊的受冷载体液体流、由此使胶囊得以固化的装置。
本发明的第三个方面是提供包括对中心充填的芯材进行封装的壳材的无缝胶囊，其中壳材包括玻璃态糖类。
图1表示根据本发明一个实施方案的制造无缝胶囊的设备的侧视断面示意图。
图2表示根据本发明另一个实施方案的制造无缝胶囊的设备的侧视断面示意图。
本发明人已发现采用玻璃态糖类作为壳材能够制造无缝胶囊。由于玻璃态糖类经固化形成，因此不需要对胶囊进行干燥。此外，糖类壳材溶解迅速而不会在口中留下讨厌的残留物。
由于糖类在冷却介质中迅速固化，对以上所讨论的现有技术方法，在封装芯材之前，糖类壳材在受冷载体液体中就已经固化。结果不能形成无缝胶囊，所形成的任何胶囊均不呈球状并且尺寸和外形均不均匀。
本发明人已发现一种克服现有技术的缺点并且即使在采用糖类作为壳材时也能够形成尺寸及外形均匀的无缝胶囊的制造无缝胶囊的方法和设备。此外，本方法和设备能够制造由壳材将单一中心充填的芯材封装所形成的无缝胶囊，即芯材不再分布或分散到壳材基体中。
图1表示能够用来制造根据本发明的无缝胶囊的设备的实例。该设备包括具有同心布设的外喷嘴5与内喷嘴6的多喷嘴系统。内喷嘴6与罐1相连，罐1通过齿轮泵3将芯材提供给内喷嘴6。外喷嘴5与罐2相连，罐2通过齿轮泵4将壳材提供给外喷嘴5。导管9位于多喷嘴系统下方。导管9上部由同心布设的加热圆筒8所环绕。加热圆筒8与罐16相连，罐16设有对由原料泵20送入加热圆筒8的载体液体进行加热的加热器18。加热圆筒8在导管9上方有一个溢流口，由此使受热载体液体从加热圆筒8流入导管9。
导管9的下端伸入导管10中。导管10的上部被同心设置的冷却圆筒7所环绕。冷却圆筒7与罐17相连，罐17设有冷却载体液体用的冷却器19。受冷载体液体经原料泵21提供给冷却圆筒7。冷却圆筒7具有位于导管10上方的溢流口，由此使受冷载体液体得以从冷却圆筒7流入导管10。
导管10下端形成漏斗状区域，该区域与回收管11相连。回收管11向循环液体罐22延伸并终止于距循环液体罐22顶部短距离处。在循环液体罐22上设有一网状分离器23，用于从载体液体中分离出胶囊。罐22由经过循环泵14的管路12与罐16相连，将待加热的载体液体输送到罐16。罐22还与经过循环泵15的管路13相连，将待冷却的载体液体输送到罐17。
图2表示能够用于制造本发明的无缝胶囊的设备的另一实施方案。本实施方案的设备与图1所示的设备相似，不同之处在于将受冷载体液体由罐16直接泵送到导管10而未采用设有通入导管10的溢流口的冷却圆筒。
现详细描述制造无缝胶囊的方法。壳材自罐2提供给外喷嘴5，芯材自罐1提供给内喷嘴6。之后将芯材和壳材同时挤出形成壳材环绕着芯材的共轴射流。罐16中的载体液体被加热到接近或高于壳材的温度并进入导管9。通常，受热载体液体的温度为约90℃到160℃。共轴射流进入受热载体液体在其中向下流动的导管9。由于受热载体液体的温度接近或高于共轴射流中壳材的温度而阻止了壳材的固化，由此使壳材能够封装芯材形成胶囊。
罐17中的载体液体被冷却到能够使胶囊固化的足够低的温度。优选将载体液体冷却到从约0℃到30℃的温度。受冷载体液体由罐17进入导管10。之后，来自导管9的胶囊被受热载体液体携带进入受冷载体液体在其中向下流动的导管10。混合物流的最终温度足够低以对胶囊充分冷却使胶囊在导管10中固化形成无缝胶囊。此后，如此形成的无缝胶囊经管路11输送到位于罐22中的分离器23。分离器23从载体液体中分离出无缝胶囊以收集无缝胶囊。分离后的载体液体流入罐22，之后分别经管路14、16循环回罐16和17。
在另一实施方案中，自多喷嘴同时挤出的共轴射流进入空气中而不是受热载体液体流中。共轴射流在空气中下降足够距离后破碎成小滴，由此使壳材能够封装芯材形成胶囊。通常，共轴射流在空气中穿行的距离从约3cm到约15cm，之后胶囊下降进入受冷载体液体流中将胶囊固化。空气温度应高于受冷载体液体的温度并应维持在一定范围内，在此温度范围内壳材在穿行距离内不会固化。空气温度可维持在大气温度(即从约25℃到35℃)，或在另一实施方案中可将空气加热到大气温度以上某个设定值，例如采用管式加热器将加热器内部的空气温度维持在预定温度。
任何不溶解壳材并能够被加热和冷却到适宜温度而不发生相变的液体均可用作本发明的载体液体。合适的载体液体的例子包括中链甘油三酯(MCT)油、谷物油、棉籽油、盐酸组胺酸(菜子)油、葵花油、硅油、矿物油等。
优选通过设定流经外喷嘴的壳材的流体体积通量与流经内喷嘴的芯材的流体体积通量相等而将壳材与芯材同时挤出。流过喷嘴孔隙的材料的流体体积通量定义为通过喷嘴的材料的体积流量与喷嘴孔隙面积之比。如1994年10月7日提交的在此作为参考的未决申请第08/325,722号中所述，通过设定壳材的流体体积通量与流经同心布设的喷嘴的芯材的流体体积通量相等，可以仅由改变喷嘴孔隙面积大小来控制胶囊中的芯材与壳材的质量比。
能够用于本发明的同心布设的多喷嘴系统可具有两个以上同心布设的内、外喷嘴。可设置一个或多个位于内、外喷嘴之间的同心布设的中间喷嘴，一股或多股中间壳材可经各中间喷嘴挤出。在这类实施方案中，自外喷嘴挤出的壳材将自中间喷嘴挤出的壳材封装，而自中间喷嘴挤出的壳材反过来又将自内喷嘴挤出的芯材封装。在本发明一个优选实施方案中，流经中间喷嘴的中间壳材的流体体积通量设定为与流经外喷嘴的壳材的流体体积通量及流经内喷嘴的芯材的流体体积通量相等。
能够用于本发明作为壳材的合适的糖类的例子包括蔗糖、葡萄糖、果糖、异构麦芽糖(isomalt)、氢化淀粉水解产物、麦芽醇(maltitol)、乳糖醇、木糖醇、山梨醇、赤藓醇、甘露醇等及其混合物。通常将糖类提供给外喷嘴作为熔融形式的壳材。当糖类在受冷载体液体中固化时，糖类转变为玻璃态，即无定形态。糖类处于玻璃态时表现出增强的保护中心充填的芯材免于蒸发和变质的能力。
合适的芯材通常为液体形式或可熔融的固体物质。合适的芯材的例子包括MCT油(例如椰子油)、薄荷油、肉桂油、茴香油、丁香油、麦胚油、植物油(例如谷物油、棉籽油、盐酸组胺酸(菜子)油、葵花油等)、硅油、矿物油、水果香料、维生素、药物溶液、天然及合成甜味剂、薄荷醇等。
任何在操作温度下为液体、不溶解芯材或壳材并且进一步在冷却过程中固化的材料均可用作中间壳材。合适的中间壳材的例子包括蜡(例如石脑油蜡、微晶态蜡、聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、小蜡树蜡等)和脂肪(例如那些为本领域技术人员所熟知的氢化脂肪)。
本发明可制造用于多种应用场合的无缝胶囊，例如中心充填的口香糖、胶囊装药物、食物、化妆品、工业化学品等。
现由下述的非限定性实施例来说明本发明。
实施例采用具有一内喷嘴和一外喷嘴、同心布设的多喷嘴系统制备无缝胶囊。内喷嘴内径为0.20cm，外径为0.26cm，孔隙面积为0.0314cm2。外喷嘴内径为0.39cm，环隙面积为0.0664cm2。90％(重量)异构麦芽糖与10％(重量)木糖醇的混合物在155℃的温度下熔化并保存在温度为148℃的罐中。该混合物在140℃下真实粘度为628cps(厘泊)。通常，本发明的方法涉及应用在操作温度下真实粘度低于约1,000cps(厘泊)的壳材。所得混合物密度为1.00克/毫升。之后在145℃下、以2.37毫升/分的体积流量将混合物提供给外喷嘴作为壳材。将由10％(重量)樱桃香料和90％(重量)棉子油所组成、密度为0.96克/毫升的混合物在环境温度下以5.01毫升/分的体积流量提供给内喷嘴作为芯材。之后在同样的流体体积通量(75.5毫升/分·平方厘米)下分别将壳材经外喷嘴、芯材经内喷嘴同时挤出到处于大气温度的空气中。共轴射流在空气中下降10cm并破碎成小滴以便封装得以进行。此后，胶囊下降进入温度冷却到20℃并以1,000毫升/分的流量向下流动的椰子油中。收集得到的胶囊的直径约为4毫米，它含有68.78％(重量)的玻璃态壳材和31.22％(重量)的芯材。
虽然本发明是对在此被认为是本发明的优选实施方案的描述，应当理解本发明并不局限于所述的实施方案。本发明意在涵盖所附权利要求书的实质和范围中所包括的不同的修改方案以及相同机理。
权利要求
1.制造包括将中心充填的芯材封装的壳材的无缝胶囊的方法，它包括以下步骤设置具有至少一个外喷嘴和一个内喷嘴的同心布设的多喷嘴系统；将壳材提供给外喷嘴并将芯材提供给内喷嘴；将壳材通过外喷嘴、芯材通过内喷嘴同时挤出，由此形成壳材环绕着芯材的共轴射流；将共轴射流引入受热载体液体或空气流中，由此使壳材得以对芯材进行封装以在受热载体液体中形成胶囊；以及将胶囊引入受冷载体液体流中，由此使胶囊固化。
2.根据权利要求1的方法，其中将共轴射流引入受热载体液体流中。
3.根据权利要求1的方法，其中将共轴射流引入空气中。
4.根据权利要求1的方法，其中将熔融态糖提供给外喷嘴。
5.根据权利要求4的方法，其中在胶囊固化时糖处于玻璃态。
6.根据权利要求1的方法，其中芯材为中链甘油三酯油。
7.根据权利要求1的方法，其中通过设定流经外喷嘴的壳材的流体体积通量与流经内喷嘴的芯材的流体体积通量相等而将壳材与芯材同时挤出。
8.根据权利要求1的方法，它进一步包括以下步骤将至少一股中间壳材经位于同心布设的多喷嘴系统的内、外喷嘴之间的至少一个中间喷嘴加入。
9.根据权利要求8的方法，其中通过设定流经外喷嘴的壳材的流体体积通量、流经中间喷嘴的中间壳材的流体体积通量及流经内喷嘴的芯材的流体体积通量相等而将壳材、中间壳材及芯材同时挤出。
10.制造包括将中心充填的芯材封装的壳材的无缝胶囊的设备，它包括具有至少一个外喷嘴和一个内喷嘴的同心布设的多喷嘴系统，壳材经外喷嘴、芯材经内喷嘴同时挤出，由此形成壳材环绕着芯材的共轴射流；将壳材提供给外喷嘴并将芯材提供给内喷嘴的装置；位于多喷嘴系统下方接收共轴射流的第一导管；将受热载体液体送往第一导管以形成环绕共轴射流的受热载体液体流、由此使壳材得以将芯材封装而在受热载体液体中形成胶囊的装置；至少部分位于第一导管下方、用于接收来自第一导管携带胶囊的受热载体液体流的第二导管；将受冷载体液体输送到第二导管以形成环绕胶囊的受冷载体液体流、由此使胶囊得以固化的装置。
11.根据权利要求10的设备，其中第一导管顶部由同心布设的加热圆筒所环绕。
12.根据权利要求11的设备，其中加热圆筒在第一导管上方有一溢流口。
13.根据权利要求10的设备，其中第一导管的下端延伸到第二导管中。
14.根据权利要求10的设备，其中第二导管的顶部由同心布设的冷却圆筒所环绕。
15.根据权利要求14的设备，其中冷却圆筒在第二导管上方有一溢流口。
16.根据权利要求10的设备，其中第二导管与回收管相连。
17.根据权利要求10的设备，其中所说的多喷嘴系统进一步包括位于内、外喷嘴之间的至少一个中间喷嘴。
18.包括将中心充填的芯材封装的壳材的无缝胶囊，其中壳材包括玻璃态糖类。
19.根据权利要求18的无缝胶囊，其中糖类选自蔗糖、葡萄糖、果糖、异构麦芽糖、氢化淀粉水解产物、麦芽醇、乳糖醇、木糖醇、山梨醇、赤藓醇、甘露醇及其混合物。
20.根据权利要求18的无缝胶囊，其中芯材选自椰子油、薄荷油、肉桂油、茴香油、丁香油、麦胚油、植物油、维生素、药物溶液、天然及人工甜味剂、水果香料、薄荷醇及其混合物。
21.根据权利要求18的无缝胶囊，其中壳材封装至少一种中间壳材，中间壳材对芯材进行封装。
22.根据权利要求1的方法所制造的无缝胶囊。
全文摘要
本发明涉及包括对中心充填的芯材进行封装的壳材的无缝胶囊以及制造无缝胶囊的方法和设备,其中壳材由玻璃态糖类构成。
文档编号B01J2/00GK1183058SQ96193600
公开日1998年5月27日 申请日期1996年1月24日 优先权日1995年3月29日
发明者J·J·基费尔, B·H·格伦 申请人:沃尼尔·朗伯公司