CN105283083A - 制造活性成分乳液的方法和从该乳液中获得的颗粒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备疏水性和脂溶性的活性成分双乳液的方法，其包括如下步骤：(a)提供至少一种乳清蛋白的水溶液；(b)提供至少一种阴离子多糖的水溶液；(c)使乳清蛋白进行变性处理；(d)在溶液(c)中加热制备活性成分的O/W乳液，然后在溶液(b)中加热制备所述O/W乳液的(O/W)/W乳液；或(e)制备溶液(c)和(b)的W/W乳液，然后在所述W/W乳液中加热制备活性成分的O/(W/W)乳液。本发明还涉及从制备得到的乳液制造所述活性成分的颗粒以及得到的颗粒。

Description

制造活性成分乳液的方法和从该乳液中获得的颗粒

技术领域

本发明涉及疏水和脂溶性活性成分，及其制造方法。

背景技术

这些分子，例如维生素，脂肪酸，非常广泛的应用于很多技术领域，例如制药，化妆品，农产品产业，特别是动物营养领域。举例来说，维生素A和E通常用于制备促进动物生长的食物。

它们在制造和存储以及使用过程中的疏水特性和环境脆弱性，特别是热的和化学的，使得它们有必要进行封装。

本发明在下文中根据维生素A更具体地的说明，但当然，它的框架不局限于此，并且它适用于任何疏水和脂溶性活性物质和这些物质的任何混合物。

维生素A以多种形式存在，尤其是在酯的状态下，并且，它是在它的更稳定的形式之一，视黄基醋酸酯，中。它最经常由农场动物(家禽，猪和牛)消耗。但是，它仍然对氧化，温度，光，酸敏感。因此，在药物应用或动物营养中，只要与消化***的第一苛刻条件，尤其是酸接触，它会非常迅速降解。这使维生素A不是生物可利用形式的。

为了最好的保留这些敏感的活性成分，已知很长时间以来是通过涂层或包封来保护它们。各种包封维生素A的方法已经被开发并广泛使用，诸如包含蛋白质，特别是明胶：维生素A与明胶混合，然后明胶交联从而通过雾化或双乳液能够获得维生素A颗粒。

发明内容

本发明的目的之一是获得一种疏水性和脂溶性活性成分的保护形式，或颗粒，而不使用明胶，同时保持后者的好处，特别是其保护性能，其容易的供应和其简单的操作。使用明胶要求使用交联剂如戊二醛，不使用这种试剂也是本发明的目的之一。本发明还旨实施一种可工业制造和环境友好的方法，以获得这样一种形式的活性成分。

一个或多个明胶的替代物生物聚合物必须响应如下的需求：

-颗粒必须包括至少1,000,000UI/g维生素含量；

-包封产率应达到100％；

-活性成分必须是物理-化学稳定和生物可利用的。

根据本发明的活性成分的应用领域，特别是如果它是用于动物营养，从而掺入预混物，那么得到的颗粒必须是小尺寸的，优选的尺寸介于50和1000微米，有利地小于800微米，大约300微米更好。它们进一步具备低的残余湿度，优选小于8％，和是水不溶性的。

上述要求已被通过包括乳蛋白，如酪蛋白和乳清蛋白，以代替明胶的方法达到。因此，文件WO01/47560A2描述了一种方法，用于制造脂溶性维生素的颗粒，如维生素A，包括向胶凝剂，优选角叉(菜)胶，和蛋白质，的水悬浮液中加入所述维生素的油溶液，获得O/W乳液，所述蛋白质可以是乳蛋白如酪蛋白或乳球蛋白；然后用双乳液(O/W/O型)或雾化形成颗粒。

脂溶性和疏水性活性成分的更稳定和更浓缩的形式还是所追求的，这是本发明的一个目的。

具体实施方式

申请人已经开发出用于制造活性成分的颗粒，满足所有上述要求，并进一步提高了活性成分的封装的方法。

这种方法使用一个或多个乳清蛋白，在它们被进行变性处理之后。

根据本发明的乳清蛋白通常是指的牛奶乳清蛋白，然而，这些相同的蛋白质也衍生自另外的哺乳动物，如山羊，的奶。牛奶的蛋白质包括80％的酪蛋白，酪蛋白是一种可在酸性介质或放在液体中，在凝乳酶的作用下凝结的蛋白。乳清包含其他的牛奶蛋白质，主要是乳白蛋白和乳球蛋白。乳清蛋白是根据本发明选定的那些。的确，除了它们的乳化和凝胶化性能，如已被本发明的方法的框架所揭露的，这些蛋白具有对人类或动物非常高的营养价值；它们也可以被吸收，和由人或动物的生物体代谢。

乳清蛋白主要有以下几种：β-乳球蛋白，α-乳白蛋白，α-S1和-S2酪蛋白，β-，γ-和kappa-酪蛋白，牛血清白蛋白，免疫球蛋白IgG，IgA，IgM，IgE和IgD，乳铁蛋白和蛋白胨。

因此，本发明涉及一种使用乳清蛋白制造脂溶性和疏水的活性成分的颗粒的方法。它首先提供了所述活性成分双乳液的制备，然后从所述乳液中获得颗粒。

因此，本发明的一个目的是一种活性成分，例如维生素A的双乳液的制备方法。所述方法包括如下步骤：

(a)提供至少一种乳清蛋白的水溶液；

(b)提供至少一种阴离子多糖的水溶液；

(c)使乳清蛋白进行变性处理；

(d)在溶液(c)中加热制备活性成分的O/W乳液，然后在溶液(b)中加热制备所述O/W乳液的(O/W)/W乳液；或

(e)制备溶液(c)和(b)的W/W乳液，然后在所述W/W乳液中加热制备活性成分的O/(W/W)乳液。

为了从乳液(d)或(e)获得所述颗粒，并且这是本发明的另一个目的，上述方法是通过步骤(f)完成的。根据所述步骤(f)，在步骤(d)或(e)制得的乳液经历一个封装步骤以制造所述的活性成分的颗粒。

如前所述，该方法能够满足上述所有的要求，尤其是，它能够制造具有高含量的所述的活性成分的稳定颗粒，且所述活性成分构成高度生物可利用形式。

现在，将更详细的披露本发明，并更精确的描述本发明的方法的步骤(a)至(e)和(f)的每个步骤，和展示优选的变化方式。

如前所述，在所述方法的步骤(a)中涉及的蛋白质是那些乳清的蛋白质。乳清是奶酪和酪蛋白行业的副产品，通常被称为“脱脂牛奶”和分离乳酪蛋白的沉淀后得到。平均来说，1L乳清含有约65g固体化合物，主要包括乳糖(70-80％)，矿物质(9％)和沉淀酪蛋白后保留在牛奶乳清溶液中的蛋白质(9％)。它们占牛奶总蛋白质的15％至20％。主要蛋白组分是β-乳球蛋白(β-LG)，α-乳白蛋白(α-LA)，免疫球蛋白(lg)，牛血清白蛋白(BSA)，酪蛋白酸钠和来自β酪蛋白降解(10至20％)的蛋白胨。在较低浓度，还发现了β-酪蛋白，以及其它各种蛋白如乳铁蛋白(LF)，lactolline和转铁蛋白(transferrine)。

乳清蛋白是市售的。因此，发现一个乳清蛋白分离物WPI由Davisco(美国)提供及含有92.4％的高度纯化的牛奶蛋白质，包含72％的β-LG，14.4％的α-LA与4.1％的BSA。也发现乳清蛋白浓缩物WPC，其牛奶蛋白质含量比WPI低，和根据供应商，含有从35至80％的牛奶蛋白质。在这其中，可以提及WPC35SI由Euroserum(法国)提供，WPC60-WPC80由Milei(德国)提供。在这些浓缩物中，牛奶蛋白质的损失，由存在的乳糖(在8和40％之间，相对的，在WPI中<1％)，脂肪和矿物质和盐补偿。

根据本发明，乳清中总蛋白质的比例优选为至少30％(w/w的，按干重计)，有利地，它是至少60％，甚至更好至少为80％，和甚至至少90％。申请人有效观察到这一比例越高，在获得颗粒中活性成分的保护和生物利用度越强。如前所述，乳清中的蛋白质组分富含β-LG；优选的，根据本发明，这一比例达到至少66％(w/w的，按干重计)。尽管如此，在所述的蛋白质中的低比例，例如，至多25％(w/w的，按干重计)，可以有利地通过存在的乳糖抵消，这因而能够显著增加产品的营养价值。

另外，为了在本发明方法的框架中使用，乳清蛋白必须变性。申请人观察到这一步骤可以以意想不到的方式，提高这些蛋白质的乳化性能。它们在本领域技术人员已知的条件下变性。但是，变性优选通过在70℃到80℃的温度下热处理至少15分钟进行。在80℃加热30分钟会导致完全变性。根据本发明，通过乳清蛋白的变性，至少80％的所述蛋白质变性。有利的是，至少90％变性，在最佳的方法中，所涉及的全部乳清蛋白变性。

根据本发明的方法，可以得到乳液，然后通过成形该乳液，可以得到任何脂溶性和疏水的活性成分的颗粒；但是不限于此，它特别适合用于制造维生素A或维生素E的颗粒。有利的是，维生素被分散之前稀释在油，例如菜籽油中。

平行地，根据所述方法的步骤(b)，提供至少一个阴离子多糖的水溶液。这些都必须同乳清蛋白共存，它们必须便于根据步骤(d)或(e)获得双乳液，和能够基于粒子制造方法的(f)步骤形成凝胶。为了这个目的，它们优选选自果胶，特别是低甲基化果胶，海藻酸盐，角叉菜胶如kappa-角叉菜胶，黄原胶和结冷胶，以及它们的任何混合物。

果胶是植物来源的聚合物，主要由D-半乳糖醛酸(GA)的α-(1-4)的连接链段组成，其可被甲醇酯化，或酰胺化。GA的酯化度，或者甲基化度(-COOCH₃)，缩写DE为和酰胺化度(-CONH₂)简称DA，分别被定义为在100个GA模体中，甲基化或酰胺化的羧基官能团的数目。低甲基化果胶，其DE小于50％，根据本发明是优选的。事实上，它们能够通过冷离子胶凝获得颗粒，并给予在pH为4至6时不影响牛奶蛋白质的溶解性。这种果胶是可商购的；那些由Cargill提供，从柠檬汁萃取，可以举出，命名为：

-UnipectinOF(DE＝30:t:3％；在水溶液中pH_初始＝2.7)或LMP1,

-UnipectinOF(DE＝25％+DA＝21％,在水溶液中pH_初始＝4.6)或LMPA,

-UnipectinOF(DE＝3-12％；在水溶液中pH_初始＝4.7)或LMP2。

有利的是，蛋白质与阴离子多糖的重量比(以干重计)从1:2变化到7：1。

有利的是，活性成分与蛋白质和阴离子多糖的混合物的重量比(以干重计)从0.3:0.7变化到0.6：0.4。

根据所述方法的步骤(d)，所述活性成分与步骤(a)的蛋白质水溶液混合，所述活性成分的O/W乳液实施热处理，处理温度足够低从而使活性成分不降解，且足够高而能够得到乳液。温度的变化基于活性成分，一般包含在40至60℃之间。在搅拌下，获得有效的分散体。由此得到的O/W乳液然后与溶液(b)混合，通过维持在40至60℃的温度，并搅拌。用于获得(O/W)/W乳剂的条件可以由本领域的技术人员根据他们的一般知识容易地确定。具体的例子将在后面描述。

或者，在步骤(d)中，W/W乳液可以根据步骤(e)实施：混合步骤(c)和(b)的溶液，在搅拌下获得W/W乳液。然后，在适当的条件下加入活性成分，获得(W/W)/O乳液。有利条件包括分散，从40至60℃变化的温度，活性成分在W/W的乳液中，和向此分散体中施加高剪切搅拌。作为前一步骤，用于获得该(W/W)/O乳液的条件，可以容易地由本领域的技术人员根据他们的一般知识来定义。具体的例子将在后面描述。

为了牛奶蛋白质和阴离子聚合物这两种物质的最佳应用，优选提供一个所述方法的前步骤，根据所述步骤，牛奶蛋白质和阴离子多糖分别再水合。所述步骤可以在温和搅拌下实施，至少一个，甚至几个小时，以便既不破坏前者的蛋白质聚集体，又不破坏后者的聚合物网络。

为了根据步骤(f)从上述步骤(d)或(e)中获得的乳液中获得活性成分的颗粒，任何公知的和由本领域技术人员掌握的现有技术可以实施。特别是基于期望颗粒的尺寸选定。优选的，颗粒制造的进行是通过冷离子胶凝，通过挤出所述乳液，然后将得到的液滴浸入离子的水溶液中实施的。一价或二价离子是优选的，并且特别的是钠，钾，钙和/或锌离子。有利的是，含有乙酸锌的溶液。此方法允许获得的颗粒尺寸为约1至约2.5毫米。

步骤(f)也可通过从步骤(d)或(e)得到的乳液的雾化/干燥进行。这种技术能够获得的颗粒尺寸较小，大约为0.05至1毫米。

所得的颗粒然后经历常规的分离，纯化，固化，干燥，脱水，等处理。

本发明还涉及一种疏水的和脂溶性活性成分的颗粒，其尺寸优选地小于2.5毫米，其包含至少一种乳清蛋白和一种阴离子多糖。优选的，构成这些颗粒的蛋白质都是根据本发明的方法的有利的变体的上述蛋白质。类似地，阴离子多糖和所述活性成分是那些先前所定义的，以有利的比例表示的那些。本发明的颗粒是有利地通过如上所述的方法得到。它们呈现具有球形和规则形状，具有不油腻表面，它们不发粘和不附聚，并具有低残余水分。

本发明的特征和优点将从根据下文的说明本发明的颗粒及其获得方法的实施例显示。并以附图为支持。附图表示作为时间和pH值的函数，根据本发明的颗粒和根据现有技术的维生素A的释放的比较。

实施例1根据本发明的步骤a),b),c),d)和f)制造维生素A颗粒

所用的组分和它们在所得颗粒中的比例(w/w)如下：

WPI放入水溶液中，获得12％的浓度(w/v)，并温和的搅拌(300转/分)至少2小时分散。另外，将果胶进行相同的再水合处理，溶液浓度为4％(w/v)。然后在室温下放置过夜。在使用前，短暂搅拌每种溶液。

WPI的溶液通过在加热水浴中在80℃的温度下加热30分钟进行热处理，以进行变性。该溶液的pH值大约是7。

在此蛋白质溶液中，维生素A被分散，然后在50℃下，使用Ultra-T25(IKA)高剪切搅拌器以6800转/分的速度热乳化10分钟，基于乳液的表观粘度(η),得到血细胞的精细和高效分散。保持乳液是热的，使用水浴，能够减小乳液的粘度和克服乳液的过早胶凝。

这种简单的水包油乳状液(O/W)随后被通过添加与蛋白质等量的果胶的水溶液稀释(1：1，v/v)，适度搅拌5分钟(760转/分，总是在50℃)。蛋白质与果胶的重量比为2.8：1。

维生素A的承载率可以为最终乳液重量的10到20％。

稀释的乳液在被挤出前直到最后一滴滴落期间保持温和的搅拌(300转/分)。

将稀释的乳液通过蠕动泵或注射器泵转移，通过管直到装配有针或振动喷嘴的注射器。该乳液液滴落入在连续和温和磁力搅拌的，10％(w/v)的二价阳离子(Ca²⁺)的浴中。

凝胶状小珠随后通过真空过滤收集，用蒸馏水(300ml，2次从Ca²⁺)冲洗。最后，将小珠在分散/分布在油纸的片材上，布置在托盘上，在37±2℃的通风烘箱中干燥48至72h(根据挤压装置)。

得到的粒子可以匹配一个有组织的结构，在分离的层中，果胶层被吸附在蛋白质层的表面上，或者具有一个混乱的结构，果胶和蛋白质分布在混合层中。

维生素A的封装率为92％。

所得颗粒的特性在下文中收集：

尺寸2.0-2.5mm

相对湿度3.6％

标题维生素A1.173.400UI/g

实施例2根据本发明的步骤a),b),c),d)，e)和f)制造维生素A颗粒

所用的组分和它们在所得颗粒中的比例(w/w)如下：

WPI和果胶溶液采用实施例1的方法制备。

水包水乳液(W/W)在室温和磁力搅拌下进行。为此目的，两种溶液在pH7，在一个Ultra-TURRAXT25(IKA)高剪切搅拌器中以4440转/分钟的速度乳化5分钟。

维生素A在50℃被分散，然后在50℃，在上述搅拌器中以4440转/分钟的速度乳化10分钟，从而得到O/(W/W)乳液。

所述O/(W/W)乳液进行冷离子胶凝：为了这个目的，在0℃下，实施挤出步骤，然后在二价阳离子浴中浸没得到的液滴。将所得到的小珠留下来，磁力搅拌10分钟使其硬化，然后通过真空过滤进行分离，所得的颗粒用水洗涤。然后使它们在37℃的通风烘箱中干燥。

维生素A的封装率为92％。

所得颗粒的特性在下文中收集：

尺寸2.0-2.5mm

相对湿度3.6％

标题维生素A1.173.400UI/g

实施例3：颗粒中维生素A的体外释放

200mg实施例1中得到的颗粒被放入pH为1.2的酸性介质溶解浴(1L,胃介质)中2小时，然后转移入pH为6.8磷酸缓冲介质浴(1L，肠介质)中4小时。

每3分钟，取3ml样品测量吸光度并确定维生素A的释放量。在反应动力学开始之前(pH1.2)和颗粒转移(pH6.8)之前进行空白测量。使用UV/可见分光光度计测量吸光度。

介质的组分如下所述：

胃介质：

在1L的固定容量中，pH1.2的介质包括如下组成：

肠介质：

在1L的固定容量中，pH6.8的介质包括如下组成：

抗坏血酸钠和tritonX100分别起抗氧剂和表面活性剂的作用。它们在改进维生素A的稳定性和促进其在极性溶液中的溶解性上是必要的。

释放结果描绘在与使用明胶的双乳液的传统方法得到的维生素A颗粒的对比图中。

可以看到，本发明的颗粒在胃部的pH值下提供了对维生素A增强的保护，在肠的pH下提升了对维生素A的即时的和低扩散的释放。

Claims (20)

1.一种制备脂溶性和疏水性的活性成分双乳液的方法，其特征在于其包括如下步骤：

(a)提供至少一种乳清蛋白的水溶液；

(b)提供至少一种阴离子多糖的水溶液；

(c)使乳清蛋白进行变性处理；

(d)在溶液(c)中加热制备活性成分的O/W乳液，然后在溶液(b)中加热制备所述O/W乳液的(O/W)/W乳液；或

(e)制备溶液(c)和(b)的W/W乳液，然后在所述W/W乳液中加热制备活性成分的O/(W/W)乳液。

2.一种制备脂溶性和疏水性的活性成分颗粒的方法，其特征在于其包括如下步骤：

(a)提供至少一种乳清蛋白的水溶液；

(b)提供至少一种阴离子多糖的水溶液；

(c)使乳清蛋白进行变性处理；

(d)在溶液(c)中加热制备活性成分的O/W乳液，然后在溶液(b)中加热制备所述O/W乳液的(O/W)/W乳液；或

(e)制备溶液(c)和(b)的W/W乳液，然后在所述W/W乳液中加热制备活性成分的O/(W/W)乳液。

(f)使所述乳液(d)或(e)进行封装步骤，以得到所述活性成分的颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述乳清蛋白选自β-乳球蛋白(β-LG)，α-乳白蛋白(α-LA)，牛血清白蛋白(BSA)，酪蛋白酸钠和乳铁蛋白。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述溶液(a)由乳清粉得到，所述乳清粉中总蛋白质的含量为至少30％(w/w的，按干重计)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，乳清粉中β-乳球蛋白的比例为至少66％(w/w的，按干重计)。

6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，乳清粉中β-乳球蛋白的比例为至少25％，和所述粉包括乳糖。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述蛋白质通过在70℃到80℃的温度下的热处理被变性。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，活性成分选自维生素A和维生素E。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述阴离子多糖选自果胶，海藻酸盐，角叉菜胶如kappa-角叉菜胶，黄原胶和结冷胶，以及它们的任何混合物。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述阴离子多糖选自甲基化度(DE)低于50％的果胶。

11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，蛋白质与阴离子多糖的重量比(以干重计)从1:2变化到7：1。

12.根据权利要求1-11任一项所述的方法，其特征在于，活性成分与蛋白质和阴离子多糖的混合物的重量比(以干重计)从0.3:0.7变化到0.6：0.4。

13.根据权利要求1-12任一项所述的方法，其特征在于，其包括一个前步骤，根据所述前步骤，蛋白质和阴离子多糖分别再水合。

14.根据权利要求2和3-13任一项所述的方法，其特征在于，根据步骤(f)，通过挤出步骤(d)或步骤(e)中得到的乳液，然后将得到的液滴浸入一价或二价离子，例如钠，钾，钙和锌离子，的水溶液，进行冷离子胶凝。

15.根据权利要求2和3-13任一项所述的方法，其特征在于，根据步骤(f)，进行步骤(d)或步骤(e)中得到的乳液的雾化/干燥。

16.一种脂溶性和疏水性的活性成分颗粒，其具有小于等于2.5mm的尺寸，包括至少一种乳清蛋白和一种阴离子多糖。

17.根据权利要求16所述的颗粒，其特征在于，所述蛋白质及其比例与权利要求3-6任一项所限定的相同。

18.根据权利要求16或17所述的颗粒，其特征在于，所述阴离子多糖及其比例与权利要求9-11任一项所限定的相同。

19.根据权利要求16-18任一项所述的颗粒，其特征在于，所述活性成分及其比例与权利要求8或12限定的相同。

20.根据权利要求16-19任一项所述的颗粒，其特征在于，可由权利要求1-15任一项所述的方法得到。