通过受控制的水输送将香料和香味剂包入微胶囊的方法

专利名称：通过受控制的水输送将香料和香味剂包入微胶囊的方法
技术领域：
本发明涉及一种将香料或香味剂包入具有水凝胶性外壳和油性内核的微胶囊的方法。
可以通过凝聚或交联方法形成微胶囊，其中利用悬浮在水中的蛋白质、糖类或合成聚合物的小液滴包覆油类。但凝聚方法难以控制并且取决于各种变量，如温度、pH值、材料搅拌，以及由天然蛋白质或糖所引入的固有的变异性。
在制备含有香料或香味剂化合物的微胶囊的过程中，有几个特征是希望的。希望制备的微胶囊具有稳固的壁，并且不会聚结。希望化合物容易被负载到油性微粒内，即容易被吸收到微胶囊的油性内核内。一旦被吸收之后，还希望化合物不可逆地保留在微胶囊的油性内核内，即被吸收到微胶囊内。
可以被包入胶囊的化合物的量取决于几个因素，包括其在水中的溶解度、分配系数、分子量、水含量、挥发性以及胶囊空白量与水量的比。香料和香味剂可以是上百种成分的混合物，其中每种成分在这些性质方面可以是很宽的。亲油性的香料或香味剂化合物可以很容易地包含在微胶囊的油性内核内，而亲水性的香料或香味剂化合物则不容易包含在油性内核中。例如，二乙酰类香料化合物(DA)为大约20％至大约30％可溶于水。对于二乙酰类物质，通常在油中的最大吸收量只能达到大约55％。易溶于水的化合物如二乙酰类即使被负载以后也很难保留在油性内核中。
化合物在水相中与在油相中溶解度的比值由其分配系数决定，分配系数简记为K。化合物的分配系数是该化合物在一个液相中的浓度与其在另一个液相中的浓度的比值。因此对于两个确定的液相如油相和水相，分配系数是化合物本身固有的性质，反映化合物在水相和油相之间平衡时的分配。任何降低化合物在水中溶解度的方法都将改变化合物的平衡，从而改变其在水相和油相之间的分配。例如，加盐将降低化合物在水中的溶解度，并增大其在油相中的分配。类似地，交联蛋白膜使膜强化，并在实际上降低含水量，或者实际上从环境中除去水，引起胶囊壁或膜收缩，从而降低化合物在水中的溶解度，同时增大其在油相中的分配。
水溶性的香料或香味剂会干扰油性颗粒的胶囊化。例如，水溶性的香料或香味剂化合物不能利用明胶凝聚法包入胶囊。这是由于凝聚发生时，应该有包覆液滴，而对这些水溶性材料来说，没有形成包覆液滴。另外，水溶性的香料或香味剂会进行分配，从而使香料或香味剂化合物存在于胶囊化的油性颗粒外部的水溶液环境中，而不是油性颗粒内部。如果香料或香味剂化合物极易溶于水，则由于胶体变得太浓或太稀而使凝聚方法不起作用。胶体太浓没有流动性，因此不能恰到好处地包覆油性表面。而胶体太稀则不能停留在油性表面上。在极端情况下，水溶性的香料或香味剂化合物会使胶体全部溶解，致使没有成壁材料积累在油性表面上。
除了水溶性以外，含有脂肪酸的香料或香味剂化合物会影响凝聚反应的pH值。如果加入碱试图调节pH值，则在反应过程中生成的脂肪酸盐会使香料化合物具有不希望的皂味。如果香料或香味剂化合物含有水溶性酯，则会影响凝聚温度，从而改变最终的明胶温度。因此希望对含有脂肪酸或水溶性酯的化合物加以限制，这对胶囊化的化合物来说，是对其性能和综合效果的权衡。这一点限制了能够有效胶囊化的配方范围。
当前，利用油如植物油或矿物油稀释难以包入胶囊的香料或香味剂化合物。这样改变了其油对水的分配系数，使化合物在油相和水相之间重新达到平衡。使用油来减小大多数化合物在水中的天然溶解度，并且在许多情况下，使其低于干扰凝聚作用的值。但极易溶于水的香料或香味剂化合物不具有这种效应。在水中溶解度大于25％的化合物优先分配在水相中，将这些化合物包入胶囊要求油水的比值大于90％。但凝聚过程通常限制到大约22％的油类。因此，这一技术对于水溶性的香料或香味剂化合物的应用是受限制的。
在本领域中，用于将化合物吸收到微胶囊内的几种技术是已知的，如环糊精包埋或二氧化硅喷镀。环糊精包埋技术的缺点是粘结作用随具体的香料或香味剂化合物变化很大。二氧化硅喷镀技术的缺点是没有屏蔽层保护香料或香味剂化合物防止其蒸发。因此需要一种有效的方法来吸收多种香料或香味剂化合物，使其在胶囊化的油中达到希望的负载量。还需要一种有效的方法，在香料或香味剂化合物被包入胶囊之后对其进行吸收。
发明概述本发明涉及一种将香料或香味剂化合物包入胶囊的方法，该方法利用可控制的水输送化合物进入具有油性内核的胶囊中。该方法包括制备具有水凝胶性外壳和油性内核的微胶囊，然后在有水条件下向微胶囊中加入亲水亲油性的香料或香味剂化合物，将化合物通过水凝胶性外壳输送到油性内核中。该化合物通过水溶液扩散作用通过水凝胶性外壳被输送到内核中。在水溶液扩散过程中，油性内核被保留在水凝胶性外壳内。因此香料或香味剂化合物被包入保留有油性内核的水凝胶性外壳内。
外壳可以由糖或交联或非交联的蛋白质、或合成聚合物如聚乙烯基吡咯烷酮或甲基纤维素组成。油性内核可以含有如植物油、矿物油、苯甲醇或它们的混合物。在优选实施方案中，油为精馏椰子油的短链甘油三酯。如下文更为具体地定义的，“油”的意思包括由于其疏水性而在水中分散的、范围很广的物质。
在本发明的另一个实施方案中，可以按照干燥形式制备微胶囊。在可控体积的水存在时，向基本上干燥的、具有包围油性内核的水凝胶性外壳的微胶囊中加入亲水亲油性的香料或香味剂化合物。该化合物利用水溶液扩散作用通过水凝胶性外壳被输送到油性内核中，并保留在核内。然后干燥油性内核中保留有香料或香味剂化合物的微胶囊。
在本发明的优选形式中，制备一种由油性内核和水凝胶性外壳凝聚形成的微胶囊，然后在有水条件下向微胶囊中加入香料或香味剂化合物，用于将化合物输送到油性内核内，利用水溶液扩散作用输送化合物通过水凝胶性外壳，并且在输送过程中使油性内核保留在水凝胶性外壳内，从而形成胶囊化的香料或香味剂，并将油性内核保留在水凝胶性外壳内。
本发明还涉及由本发明方法制备的产品。
本发明的一个优点是微胶囊可以含有迄今尚未达到的香料或香味剂化合物的浓度。第二个优点是空白微胶囊的壁具有基本上均匀的厚度、强度和弹性。另一个优点是由于基本上没有香料或香味剂化合物损失到环境中，因此增加了胶囊化的香料或香味剂的收率。还有另一个优点是由于对所有香料或香味剂使用的都是相同的技术，因此在制造本发明的香料或香味剂化合物时是很经济的。
参照下列详细说明和实施例，会进一步理解本发明的目的和其它优点。详细说明在本发明的优选实施方式中，含有所需香料或香味剂化合物的微胶囊是利用凝聚方法形成的。在凝聚过程中，胶体分离成富含胶体相(凝聚相)和凝结剂的水溶液(平衡液体)，形成包覆有蛋白质、糖或聚合物液滴的油，从而使油悬浮在水中。在这一过程中，两个油相和一个水相最终吸收成一个油相和一个水相。第一个油相形成微胶囊的内核。这一内核被水凝胶性胶囊包围，此处定义为胶体，其中分散相(胶体)与连续相(水)组合，形成粘性的胶状产物。内核由油组成，这里所使用的术语“油”确定的是化学性质完全不同的、范围很广的物质。油可以按其类型和功能进行分类，包括矿物油(石油或石油衍生物)、植物油(主要由种子和坚果得到)、动物油(通常为脂肪；液体类型包括鱼油)、精油(由花、径、叶、以及经常由整个植物得到的复杂的挥发性液体)、以及食用油(主要为植物油以及某些特殊的鱼油)。由活组织得到的油在化学上与脂肪等同，唯一的区别是在室温下的稠度。在一种实施方案中，油可以是矿物油、植物油或苯甲醇。在优选实施方案中，油为精馏椰子油的短链甘油三酯，其可以商品名Migylol(Huls CorpPiscatawy，NJ)或Captex(Abitec CorpJanesville，Wl)而得到。水凝胶性外壳可以是糖、蛋白质或合成聚合物如聚乙烯基吡咯烷酮或甲基纤维素。在优选实施方案中，油为Migylol或Captex，外壳为明胶。第二个油相是所需要的香料或香味剂化合物，该化合物在某种程度上既溶于水又溶于油，即是亲水亲油性的，此处所使用的这一术语定义了它的双重溶解性能。水相用于通过分配系数平衡利用溶液扩散作用输送微溶于水的香料或香味剂化合物进入微胶囊的油性内核中。动态平衡一直持续到三相(两个油相和一个水相)被吸收成两相(一个油相和一个水相)。
对某些水溶性化合物来说，需要少量的水将其吸收或分配到油相中。相反，对某些易溶于油的化合物来说，则可能会需要更多的水将其分配到油相中。因此，考虑化合物的分配系数，通过暂时改变加入到化合物中的水量，可以使化合物通过水凝胶性外壳被吸收到油中。
可以控制化合物在油中的吸收作用。微胶囊的脱水作用或胶囊外壳的交联作用将香料或香味剂化合物封锁在微胶囊内部。在脱水时，大部分水被从胶囊中除去，从而减少了部分溶于水的香料或香味剂化合物从油性内核向水溶液环境中的损失。另外，由于含有交联键的胶囊具有稳定的结构，因此凝聚的水凝胶性外壳的交联作用使胶囊化的油具有热稳定性。使用已知的化学交联剂如甲醛或戊二醛，使含油胶囊发生不可逆交联是已知的。类似地，其它交联剂如丹宁酸(鞣酸)或硫酸铝钾(明矾)也是已知的。如US 2800457和US 2800458中所公开的，任选的胶囊硬化步骤包括调节胶囊材料悬浮液的pH为9-11，冷却到0℃-5℃，然后加入甲醛。甲醛和戊二醛均为有效的化学交联剂。对于食品工业和化妆品/美容用品工业来说，可以根据具体应用选择适合的交联剂。
一些天然生成的酶也是较好的交联剂。在题为“在酶作用下通过复合凝聚作用利用蛋白质包囊油性颗粒”的共同待审申请08/791953中公开了使用酶如转谷氨酰胺酶的交联过程，该申请作为参考在此被全文引用。酶通过催化蛋白质使其中某些氨基酸侧链之间形成键而起作用。另外，由于酶是天然生成的，在酶作用下交联而成的胶囊化的油不会具有甲醛和戊二醛交联所固有的问题，因此可以在不考虑交联剂毒性的条件下进行吸收或应用。但由于交联是酶催化的反应，为优化酶的活性应具有合适的环境条件。
对于易溶于水的化合物，此处定义为至少有20％左右溶于水，优选的是将微胶囊浓缩至55％的固体，或由干燥的微胶囊开始，并按重量分析加入水和化合物，以达到所希望的结果。对于在水中溶解度较低的化合物，此处定义为在水中溶解量小于20％左右，可以使用水合后的微胶囊制品。
在缓慢搅拌条件下，加入植物油(180.02g混有甘油三酯或Migylol的Captex355)，要避免油淤积在一起。调节胶囊尺寸为大约100微米至大约400微米，并利用显微技术验证这一尺寸。在大约每5分钟1℃的速度下，将溶液慢慢冷却，直到溶液达到28℃左右。如果胶囊壁是完好无损的，如显微检测结果所示，胶囊具有均匀的蛋白质积累，没有游离蛋白质漂浮在水相中，则可以将溶液迅速冷却到10℃左右。如果胶囊壁很薄，如显微检测结果所示，胶囊具有不均匀的蛋白质积累，并且有游离蛋白质漂浮在水相中，则将溶液重新加热到大约32℃至大约33℃。在大约5℃至大约10℃下，将溶液混合1小时。然后将溶液加热到大约15℃至大约20℃。加入50％戊二醛，并混合大约16小时。然后停止搅拌，使胶囊漂浮分离出来。将大约48％-50％(大约379 lbs-395 lbs)的水由罐子底部排放到一个单独的容器中。如果在排出的液体中存在胶囊，则停止排放，并开始搅拌，使分离出来的胶囊重新悬浮在溶液中。然后重复分离步骤。一旦分离完成后，为了使胶囊重新悬浮在溶液中，重新开始搅拌。在充分混合的条件下，加入苯甲酸钠(10％w/w)。如果必要的话，加入柠檬酸，调节pH值低于4.0。
空白胶囊，此处定义为无香料或香味剂成分的胶囊化的油，干的空白胶囊是按照下列方法制备的。将二氧化硅化合物的硅酸盐(syloid)244级68粉末(15.9497g)与去离子水(143.5477g)混合，直到粉末完全分散，并且没有结块存在，从而制得硅酸盐(syloid)溶液。机械混合香料，直到均匀，然后将硅酸盐(syloid)溶液与香料混合，直到完全分散无结块为止，在搅拌大约30分钟后进行稀释(thinning out)。通过离心作用将产物浓缩到大约50％或含更多的固体。然后在大约80℃下在真空烘箱干燥器中或在大约70℃在流化床干燥器中使材料干燥。
将干燥的交联胶囊(400g)放入不锈钢混合釜(Hobart lab ScaleMixer)中。将所需要的干净香料(428.6g)与去离子水(171.4g)混合，磁力搅拌5分钟。在Hobart Mixer中，在功率值1-2的条件下，将干胶囊与水/香料混合物混合5分钟。用橡胶刮刀刮抹混合釜的侧壁，将混合物倒入塑料制的储存容器中，然后封闭容器。在产品使用之前，将混合物保温放置24小时，进行香料吸收。
在缓慢搅拌条件下，加入植物油(180.02g混有甘油三酯或Migylol的Captex355)，要避免油淤积在一起。调节胶囊尺寸为大约100微米至大约400微米，并利用显微技术验证这一尺寸。在大约每5分钟1℃的速度下，将溶液慢慢冷却，直到溶液达到28℃左右。如果胶囊壁是完好无损的，如显微检测结果所示，胶囊具有均匀的蛋白质积累，没有游离蛋白质漂浮在水相中，则可以将溶液迅速冷却到10℃左右。如果胶囊壁很薄，如显微检测结果所示，胶囊具有不均匀的蛋白质积累，并且有游离蛋白质漂浮在水相中，则将溶液重新加热到大约32℃至大约33℃。在大约5℃至大约10℃下，将溶液混合16小时，然后停止搅拌，使胶囊漂浮分离出来。将大约48％-50％(大约3791bs-395lbs)的水由罐子底部排放到一个单独的容器中。如果在排出的液体中存在胶囊，则停止排放，并开始搅拌，使分离出来的胶囊重新悬浮在溶液中。然后重复分离步骤。一旦分离完成后，为了使胶囊重新悬浮在溶液中，重新开始搅拌。在充分混合的条件下，加入苯甲酸钠(10％w/w)。如果必要的话，加入柠檬酸，调节pH值低于4.0。在大约5℃至大约10℃下储存胶囊。
在大约5℃至大约10℃下，将水合后未交联的小球(815.20g)加入到玻璃反应器中。在保持温度为在大约5℃至大约10℃时，以大约95-100rpm的速度开始搅拌。将干净的香料或香味剂(181.8g)加入到玻璃反应器中。在大约5℃至大约10℃下，将混合物搅拌大约2小时，使香料或香味剂吸收到胶囊内。然后加入50％的戊二醛(3.0g)，并在大约15℃至大约20℃下混合16小时。向反应器中加入苯甲酸钠(10％的溶液10.25g)。加入柠檬酸(20％)调节溶液的pH值为3.9。加入混合好的黄原酸胶/丙二醇混合物(1份黄原酸胶对2份丙二醇)，使胶囊保持稳定。将混合物搅拌大约30分钟，直到胶囊稳定为止。胶囊稳定以后，就可以使用了。
由于一些表面油的存在，所形成的微胶囊具有轻微的粘结在一起的倾向。通过将微胶囊(大约58％)和水(大约7％)与所需要的香料或香味剂化合物(大约35％)混合，可以得到自由流动的、干燥的、包有香料或香味剂化合物的藻酸胶囊。根据具体的香料或香味剂化合物的分配系数，适宜的吸收时间在大约1小时和10小时之间。
应该理解，在说明书中所给出并描述的本发明的这些实施方案只是本发明人优选的实施方案，并不以任何方式起限制作用。因此在不偏离本发明精神实质及后附的权利要求书的范围的条件下，可以进行或求助于各种变化、调整或改动。
权利要求
1.一种制备胶囊化的香料或香味剂化合物的方法，该方法包括制备具有包围油性内核的水凝胶性外壳的微胶囊，在有水条件下向微胶囊中加入亲水亲油性的香料或香味剂化合物，用于将化合物输送到油性内核中，通过水溶液扩散作用使该化合物通过水凝胶性外壳被输送到油性内核中，在所述的输送过程中，使油性内核保留在水凝胶性外壳内，从而在保留有油性内核的水凝胶性外壳内形成胶囊化的香料或香味剂化合物。
2.权利要求1的方法，其中在有水条件下加入香料或香味剂化合物之前将微胶囊干燥。
3.权利要求1的方法，其中外壳选自蛋白质、糖、以及合成聚合物。
4.权利要求3的方法，其中合成聚合物为聚乙烯基吡咯烷酮。
5.权利要求1的方法，其中油性内核选自矿物油、植物油、苯甲醇、以及它们的混合物。
6.权利要求5的方法，其中植物油为精馏椰子油的短链甘油三酯。
7.权利要求1的方法，进一步包括处理外壳的步骤，以避免香料或香味剂化合物从微胶囊中损失。
8.权利要求7的方法，其中的处理是从外壳中除去水。
9.权利要求8的方法，其中通过加盐来除去水。
10.权利要求7的方法，其中的处理是使外壳交联。
11.权利要求10的方法，其中通过加入交联剂进行交联。
12.权利要求10的方法，其中在将香料或香味剂化合物加入到微胶囊中之前进行交联。
13.权利要求10的方法，其中在将香料或香味剂化合物加入到微胶囊中之后进行交联。
14.权利要求1的方法，其中通过油性内核和水凝胶性外壳的凝聚来制备微胶囊。
15.权利要求1的方法，其中将香料或香味剂化合物的混合物加入到微胶囊中。
16.权利要求1的方法的产品。
17.权利要求3的方法的产品。
18.权利要求5的方法的产品。
19.权利要求6的方法的产品。
20.权利要求14的方法的产品。
21.一种制备胶囊化的香料或香味剂化合物的方法，该方法包括制备基本上干燥的、具有包围油性内核的水凝胶性外壳的微胶囊，在可控体积的水存在时，向微胶囊中加入亲水亲油性的香料或香味剂化合物，用于将化合物输送到油性内核中，通过水溶液扩散作用使该化合物通过水凝胶性外壳被输送到内核中，在输送过程中，使油性内核保留在水凝胶性外壳内，从而在保留有油性内核的水凝胶性外壳内形成胶囊化的香料或香味剂化合物，干燥含有存留在油性内核内的香料或香味剂化合物的微胶囊。
22.权利要求21的方法，其中外壳选自蛋白质、糖、以及合成聚合物。
23.权利要求22的方法，其中合成聚合物为聚乙烯基吡咯烷酮。
24.权利要求21的方法，其中油性内核选自矿物油、植物油、苯甲醇、以及它们的混合物。
25.权利要求24的方法，其中植物油为精馏椰子油的短链甘油三酯。
26.权利要求21的方法，进一步包括处理外壳的步骤，避免从微胶囊中除去香料或香味剂化合物。
27.权利要求26的方法，其中的处理是使外壳交联。
28.权利要求27的方法，其中通过加入交联剂进行交联。
29.权利要求27的方法，其中在将香料或香味剂化合物加入到微胶囊中之前进行交联。
30.权利要求27的方法，其中在将香料或香味剂化合物加入到微胶囊中之后进行交联。
31.权利要求21的方法，其中通过油性内核和水凝胶性外壳的凝聚来制备微胶囊。
32.权利要求21的方法，其中将香料和香味剂化合物的混合物加入到微胶囊中。
33.权利要求21的方法的产品。
34.权利要求22的方法的产品。
35.权利要求24的方法的产品。
36.权利要求25的方法的产品。
37.权利要求31的方法的产品。
38.一种制备胶囊化的香料或香味剂化合物的方法，该方法包括通过在水凝胶性外壳内凝聚油性内核制备微胶囊，在有水条件下向微胶囊中加入亲水亲油性的香料或香味剂化合物，用于将化合物输送到油性内核中，通过水溶液扩散作用使该化合物通过水凝胶性外壳被输送到内核中，在所述的输送过程中，使油性内核保留在水凝胶性外壳内，从而在保留有油性内核的水凝胶性外壳内形成胶囊化的香料或香味剂化合物。
全文摘要
一种将亲水亲油性的香料或香味剂化合物包入具有水凝胶性外壳和油性内核的微胶囊的方法。通过分配系数平衡,利用胶囊壁中的水将香料或香味剂化合物输送到核内,并溶解在核内。利用本发明方法制造的微胶囊的壁厚和其中香料或香味剂化合物的高浓度是现有技术所不能达到的。
文档编号B01J13/10GK1285768SQ98809968
公开日2001年2月28日 申请日期1998年10月5日 优先权日1997年10月8日
发明者乔恩·C·索珀, 扬·D·金, 玛格丽特·T·托马斯 申请人:吉沃丹鲁尔(国际)公司