PRODUCCIÓN DE CÁPSULAS Y PARTÍCULAS PARA MEJORA DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS
Campo de la Invención La invención se relaciona generalmente con el campo de producción de pequeñas partículas y/o cápsulas con tamaños extremadamente pequeños y uniformes usando técnicas electro-hidrodinámicas (EHD) . Las partículas y/o cápsulas como se preparan por esta invención se adaptan especialmente para uso en productos alimenticios y permiten, por ejemplo, la adición de aditivos alimenticios mej oradores o funcionales sin tener efectos adversos en las propiedades organolépticas u otras de los productos alimenticios. Antecedentes de la Invención La presente invención usa fuerzas electro-hidrodinámicas (EHC) para generar chorros coaxiales y estirarlos a los tamaños deseados. Para condiciones operativas apropiadas, una tasa de flujo de líquido, en la forma de un chorro de dimensión micro/nanométrica, se emite a partir del vértice de un cono
Taylor (es decir, un menisco líquido que adopta una forma cónica debido al balance entre los esfuerzos eléctricos y la tensión interfacial) . Para condiciones de operación apropiadas, una tasa de flujo de líquido, en la forma de un chorro de dimensión micro/nanométrica) se emite a partir de tal un cono Taylor. La desintegración de este chorro da lugar a un aerosol de gotas cargadas, el cual se llama un electo-rocío. Esta configuración es ampliamente conocida como electro-rocío en el modo de chorro de cono (Cloupeau y colaboradores, J. Electrostatics, 22, 135-159, 1992) . Las leyes de escalamiento para la corriente emitida y el tamaño de gota del electro-rocío se dan en la literatura (ver, v.gr., Fernández de la Mora y colaboradores, J. Fluid Meen., 260, 155-184, 1994; Gañán-Calvo y colaboradores, J. Aerosol Sci., 28, 249-275, 1997; Gañán-Calvo, Phys . Rev. Lett., 79, 217-220, 1997; Hartman y colaboradores, J. Aerosol Sci. 30, 823-849, 1999) . El electro-rocío es una técnica que ha probado satisfactoriamente su habilidad para generar chorros de líquido estables y aerosoles mono-dispersos con tamaños variando a partir de unos cuantos nanómetros a cientos de mieras (Loscertales y colaboradores, J. Chem. Phys., 103, 5041-5060, 1995) . Generalmente, en la mayoría de los experimentos de electro-rocío, un líquido único (o solución) forma el cono Taylor. Sin embargo, el procedimiento descrito en las patentes US 5,122,670 (16 de junio de 1992) y 5,517,260 (20 de octubre de 1992), tituladas "Multilayer Flow Electrospray Ion Source Using Improved Sheath Liquid" y "Method and Apparatus for Focusing Ions in Visco s Flow Jet Expansión
Región of an Electrospray Apparatus", respectivamente, involucran dos o mas líquidos miscibles que se inyectaron apropiadamente para mezclarse en el cono Taylor para mejorar la transmisión de iones, y la estabilidad y sensibilidad de un espectrómetro de masas. Otras patentes de interés para la presente invención con relación a tecnología de electro-rocío incluyen, por ejemplo, las patentes US 4,885,076 (5 de diciembre de 1989), 4,977,785 (18 de diciembre de 1990), 5,170,053 (8 de diciembre de 1992), 5,171,990 (15 de diciembre de 1992), 5,393,975 (28 de febrero de 1995), y Re. 35,413 (31 de diciembre de 1996). Recientemente ha habido un interés significativo para proporcionar productos alimenticios teniendo beneficios de salud y/o nutricionales incrementados. Tales productos alimenticios mejorados y/o tales alimentos funcionales generalmente tienen uno o mas ingredientes añadidos que se incluyen para proporcionar beneficio de salud y/o nutricional específicos. Así, alimentos tales como panes con carbohidratos añadidos, cereales con vitaminas y/o minerales añadidos, alimentos en los cuales componentes no deseables son reducidos por la adición de otros componentes mas deseables (v.gr., el reemplazo de grasa con un sustituto de grasa), alimentos conteniendo proteína de soja, alimentos conteniendo fibra, alimentos enriquecidos con proteínas, alimentos conteniendo ácidos grasos omega, alimentos enriquecidos con calcio u otro mineral o vitamina, alimentos conteniendo suplementos dietéticos, y similares, se están volviendo cada vez mas populares con un público consciente de la salud. Tales alimentos mejorados o funcionales pueden contribuir al bienestar global y/o reducir el riesgo de ciertas enfermedades o condiciones . Desafortunadamente, es comúnmente difícil incorporar tales ingredientes en productos alimenticios sin afectar de manera adversa las propiedades organolépticas y/u otras del producto alimenticio. Idealmente, se desea proporcionar tal un producto alimenticio mejorado o funcional que tiene sabor, textura, y otras propiedades organolépticas tan cercanas como, o quizás aun superiores a, el producto alimenticio convencional sin los ingredientes añadidos. En muchos casos, sin embargo, tales aditivos proporcionan propiedades de sabor, aroma, texturas, o similares no deseables para los alimentos a los cuales se agregan. En algunos casos, los aditivos de mejora puede aun reaccionar o formar complejos con otros componentes del producto alimenticio (incluyendo, por ejemplo, otros aditivos de mejora deseados) con ello afectando de manera adversa al producto alimenticio en alguna manera o haciendo los aditivos disponibles con menor facilidad para absorción y uso en el cuerpo ante el consumo . Asi, seria deseable proporcionar alimentos mejorados y/o funcionales donde tales aditivos de mejora se contienen en una forma que previene o significativamente reduce el deterioro de las propiedades organolépticas u otras de los alimentos a los cuales se añaden. La presente invención proporciona tales alimentos mejorados y/o funcionales. Por ejemplo, la presente invención permite la incorporación de aditivos de mejora que, excepto para el uso de la presente invención, normalmente resultarían en defectos de sabor, aroma, textura, u otros organolépticos cuando se agregan a los productos alimenticios. Asi, la presente invención permite para el producto de alimentos mejorados y/o funcionales sin defectos organolépticos, o con estos significativamente reducidos, normalmente asociados con tales aditivos de mejora; realmente, los alimentos mejorados y/o funcionales de esta invención se asemejan de manera cercana al alimento convencional correspondiente sin tales aditivos mej oradores . Compendio de la Invención La presente invención se relaciona con la producción de cápsulas o partículas de tamaño micro- o ñaño-métrico, para introducción en alimentos, usando chorros coaxiales electrificados estables de dos líquidos inmiscibles con diámetros en el rango micro- y nano-métrico . Un aerosol de gotas estructuradas cargadas se forma cuando los chorros se disocian por inestabilidades capilares. Las gotas estructuradas, que son mono-dispersas en tamaño, contienen un primer líquido (generalmente el material que se desea añadir) que se rodea por un segundo líquido. Generalmente, el segundo líquido proporciona una barrera o recubrimiento protector que permite la adición del primer líquido a un producto alimenticio sin afectar de manera adversa las propiedades organolépticas u otras del producto alimenticio. Una variedad de dispositivos y métodos se divulgan que permiten la formación de micro-chorros coaxiales electrificados estables. En formas de realización preferidas, el fluido interior es un líquido que forma un alimento o aditivo de alimento, que sería deseable tener en, pero que no se puede agregar a alimentos por alguna razón (v.gr., defectos de sabor o reacción con otros componentes en el producto alimenticio) . Un líquido exterior no tóxico rodea al interior. Los chorros coaxiales se rompen en gotas estructuradas donde el fluido interior (alimento líquido) se recubre con el exterior (recubrimiento de vehículo líquido) . El recubrimiento provisto por el líquido exterior impide que ya sea los defectos de sabor o efectos reactivos del alimento líquido tengan sus consecuencias no deseables. Estas formas de realización proporcionan partículas esféricas al alimento líquido recubierto con una capa de otro material no tóxico (v.gr., un polímero que se degrada en el tracto gastrointestinal) y que puede o no ser un producto alimenticio. El diámetro exterior de los chorros coaxiales pueden tener un diámetro en el rango de alrededor de 80 nanómetros a alrededor de 100 mieras. El chorro estable se mantiene por la acción de esfuerzos eléctricos cuando ambos líquidos se alimentan a las tasas de flujo apropiadas. Los aerosoles mono-dispersos de la invención se caracterizan por tener un alto grado de uniformidad en el tamaño de partículas. Las partículas tienen el mismo diámetro con una desviación en diámetro de una partícula a otra en un rango de alrededor de ±2 (o menos) a alrededor de ±10 porciento . Esta invención proporciona un método para formar chorros electrificados coaxiales estables de dos líquidos no miscibles por vía de EHD. Esta invención también proporciona un aerosol mono-disperso de partículas o cápsulas estructuradas como resultado del rompimiento de los chorros coaxiales. Las cápsulas se caracterizan por medio de tener el mismo diámetro con una desviación en diámetro de una partícula a otra en un rango de alrededor de +2 (o menos) a alrededor de ±10 porciento. Estas cápsulas pueden desecarse siguiendo a la dispersión y después agregarse al alimento. Una ventaja de la presente invención es que las gotas resultantes tienen un tamaño uniforme, y que, dependiendo de las propiedades de los líquidos y las tasas de flujo inyectadas, tal un tamaño puede fácilmente variarse de decenas de mieras a unos cuantos nanómetros. Otra ventaja de la invención es que cápsulas se crean con un cantidad relativamente pequeña de energía. Otra característica de la invención es que el área superficial de una sustancia dada puede mantenerse mientras disminuye la cantidad global de la sustancia (v.gr., una partícula de fibra recubierta con aceite) . Esto puede permitir la introducción de componentes que son generalmente incompatibles con un alimento (v.gr., introducción de lactasa en leche) por medio de recubrir el componente. Aun otra característica de la invención es el uso de producción de componentes de liberación por tiempo para controlar la entrega de los contenidos de la cápsula (v.gr., carbohidratos recubiertos para permitir una entrega sistemática sobre, por ejemplo, un periodo de una a doce horas) . Otra ventaja de esta invención resulta del hecho que el rompimiento del chorro da lugar a gotas micro/nanométricas estructuradas. En algunas aplicaciones particulares, el líquido exterior es una solución conteniendo monómeros, la cual bajo excitación apropiada polimeriza para producir cápsulas mi-cro/nanométricas . Cuando gotas no cargadas se requieren, el aerosol puede fácilmente neutralizarse por descarga de corona. Estos y otros aspectos, ventajas, y características se volverán aparentes para los técnicos en la materia ante la lectura de esta divulgación en combinación con la figura provista. Breve Descripción del Dibujo La figura 1 proporciona una representación esquemática de un aparato 100 adecuado para la formación de cápsulas y partículas para la incorporación en productos alimenticios por generación de chorros compuestos por vía de EHD. Un cono Taylor estructurado 20 se forma en los extremos 18 de las agujas electrificadas 14 y 16 cuando el líquido interior 10 y el líquido exterior 12, respectivamente, se inyectan a tasas de flujo apropiadas a través de sus puntas de aguja 18 respectivas. Al menos una aguja (en este caso la aguja 16) se conecta a una diferencia de potencial 28 con respecto de un electrodo de referencia 24 el cual tiene un agujero 26 a través de él. En una forma de realización preferida, la diferencia de potencial 28 entre las agujas 14 y 16 y el electrodo de referencia 24 es de unos cuantos kV. Dos chorros concéntricos 21, uno de ellos rodeando al otro, se emiten a partir de la punta (es decir, el vértice de cono) del cono Taylor 20. Los chorros concéntricos 21 se rompen eventualmente por inestabilidades varicosas dando lugar a un aerosol de gotas de compuesto 22 con el liquido interior 10 (gris oscuro) rodeando por el exterior 12 (gris ligero) . La cámara 30 contiene una atmósfera dieléctrica (es decir, gas, liquido, o vacio) en la cual las gotas de compuesto 22 se forman. Las gotas de compuesto 22 pueden removerse a partir de la cámara
30 por vía del agujero 26. Descripción Detallada La presente invención se relaciona con la producción de cápsulas o partículas de tamaño micro- y ano-métrico, para introducción en alimentos, usando chorros coaxiales electrificados estables de dos líquidos inmiscibles con diámetros en el rango micro- y nano-métrico. Un aerosol de gotas estructuradas cargadas se forma cuando los chorros se disocian por inestabilidades capilares. Las gotas estructuradas, las cuales son mono-dispersas en tamaño, contienen un primer líquido (generalmente el material que se desea agregar) que se rodea por un segundo líquido. Generalmente, el segundo líquido proporciona una barrera o recubrimiento protector que permite la adición del primer líquido a un producto alimenticio sin afectar de manera adversa las propiedades organolépticas u otras del producto alimenticio.
En la presente invención, líquidos se inyectan a tasas de flujo apropiadas a través de agujas metálicas conectadas a un suministro de voltaje alto. Las agujas pueden arreglarse de manera ya sea concéntrica o una de ellas rodeando a las otras. Mas aun, si la conductividad eléctrica de uno o mas líquidos es suficientemente alta, entonces el liquido puede cargarse a través de su volumen. En ese caso, una aguja no metálica (es decir, tubo de silice) puede usarse para inyectar el liquido. La presente invención usa dos o mas líquidos inmiscibles (o pobremente miscibles) para formar, por medios de fuerzas EHD, un cono Taylor estructurado rodeado/inmerso por una atmósfera dieléctrica (gas, líquido, o vacío) . De preferencia, la atmósfera dieléctrica es un gas inerte (es decir, no reactivo con por lo menos el líquido exterior) o un vacío. Un menisco exterior rodeando los interiores forma la estructura del cono. Un hilo líquido se emite a partir del vértice de cada uno de los meniscos en una manera tal que un chorro compuesto de líquidos fluidos se forma. El chorro micro/nanométrico altamente cargado, estructurado, se emite a partir del vértice del cono Taylor, y eventualmen-te se rompe para formar un rocío de gotas micro/nanométricas monodispersas, altamente cargadas, estructuradas. El término chorro estructurado como se usa en la presente se refiere a ya sea chorros coaxiales cuasi-cilíndricos o a un chorro rodeando a los otros. El diámetro exterior del chorro generalmente varía de alrededor de 50 mieras "a unos cuantos nanómetros . El término rocío de gotas micro/nanométricas, monodispersas, altamente cargadas, estructuradas, como se usa en la presente se refiere a gotas cargadas formadas por capas concéntricas de diferentes líquidos o por una gota exterior de líquido rodeando gotas mas pequeñas de líquidos inmiscibles (o emulsiones) /un líquido absorbiendo gotas mas pequeñas de líquidos inmiscibles. El diámetro exterior de las gotas varía de 100 mieras a unos cuantos nanómetros . Una variedad de dispositivos y métodos se divulgan los cuales permiten la formación de micro-chorros coaxiales electrificados estables. En formas de realización preferidas, el fluido interior es un líquido el cual forma un alimento o aditivo de alimento, el cual puede ser deseable para tener en, pero que no se puede agregar a alimentos por alguna razón (v.gr., defectos de sabor o reacción con otros componentes en el producto alimenticio) . Un líquido exterior no tóxico rodea al interior. Chorros coaxiales se rompen en gotas estructuradas donde el fluido interior (alimento líquido) se recubre con el exterior (recubrimiento de vehículo líquido) . El recubrimiento provisto por el líquido exterior impide que ya sea el mal sabor o los efectos reactivos del alimento líquido obtengan sus consecuencias no deseables. Estas formas de realización proporcionan partículas esféricas de alimentos líquidos recubiertos con una capa de otro material no tóxico (v.gr., un polímero que se degrada en el tracto gastrointestinal) y puede o no ser un producto alimentí-cio . En general, la presente invención usa un dispositivo teniendo un número N de puntas de alimentación de N líquidos, tal que una tasa de flujo Qi del líquido i fluya a través de la punta de alimentación i, donde i es un valor entre 2 y N. Las puntas de alimentación se arreglan de manera concéntrica y cada punta de alimentación se conecta a un potencial eléctrico Vi con respecto de un electrodo de referencia. El líquido i que fluye a través de la punta de alimentación i es inmiscible o poco miscible con los líquidos (i+1) e (i-1) . Un menisco estructurado capilar electrificado con forma cónica notable se forma a la salida de las puntas de alimentación. Un chorro coaxial capilar firme, formado por los N líquidos, tal como el líquido i que rodea al líquido (i+1), se emite a partir del ápice del cono. Generalmente, tales chorros capilares tienen un diámetro variando típicamente entre 100 mieras y 15 nanómetros. Este diámetro es mucho mas pequeño que los diámetros de las puntas de alimentación de los N líquidos . Las puntas de alimentación también pueden arreglarse tal que el líquido exterior rodea al resto de las puntas de alimentación. En este caso, a la salida de las puntas de alimentación, un menisco capilar electrificado se forma con forma cónica notable, cuyo ápice emite un chorro compuesto capilar firme formado por los N líquidos de flujo concurrente, en una manera tal que, por ejemplo, el líquido 1 rodea al resto de los líquidos. Las N puntas de alimentación del dispositivo tienen diámetros que pueden variar entre 0.01 y 5 mm. Las tasas de flujo de los líquidos que fluyen a través de las puntas de alimentación pueden variar entre alrededor de 10-17 y 10-7 m3/s. Cuando la distancia entre la punta de alimentación y el electrodo de referencia está entre alrededor de 0.01 mm y alrededor de 5 cm, el potencial eléctrico aplicado generalmente está en el rango de alrededor de 10 V a alrededor de 30 KV. En el caso particular que tiene solamente dos puntas de alimentación (es decir, N=2; ver la figura 1), la presente invención proporciona un aparato comprendiendo: a) una punta de alimentación 1 a través de la cual un líquido 1 fluye a una tasa de flujo Qx a una salida 1 y se conecta con un potencial eléctrico V1; y b) una punta de alimentación 2 a través de la cual un líquido 2 fluye a una tasa de flujo Q2 a una salida 2 y se conecta con un potencial eléctrico V2, donde la punta de alimentación 2 se rodea por el líquido 1 y tal que Vx y V2 sean valores diferenciales con respecto de un electrodo conectado a un potencial de referencia, con lo cual un menisco capilar electrificado con forma cónica notable se forma a la salida de las puntas de alimentación 1 y 2, donde un chorro capilar estable se forma por los líquidos 1 y 2, tal que el líquido 1 rodee completamente al líquido 2 como se emiten a partir de las salidas 1 y 2, donde los líquidos 1 y 2 son inmiscibles o poco miscibles . Generalmente, tal un chorro capilar tiene un diámetro de alrededor de 100 mieras a alrededor de 15 nanómetros este diámetro es mas pequeño que el diámetro característico del menisco líquido capilar electrificado a partir del cual se emite. Dos configuraciones básicas se discuten anteriormente que permiten configurar un flujo de dos líquidos inmiscibles que, por la acción única de las fuerzas electro-hidrodinámicas (EHD) , resultan en la formación de un chorro capilar de tamaño micro/nanométrico, estructurado, estable. Este chorro capilar de tamaño micro/nanométrico estructurado se sumerge en una atmósfera dieléctrica (inmiscible con el líquido mas exterior formando al chorro) que puede ser un gas, un líquido, o vacío. El dispositivo básico usado en ambas configuraciones del aparato anteriormente descrito comprenden: (1) un medio para alimentar un primer líquido 1 a través de un tubo metálico Tlr cuyo diámetro interior varía aproximadamente entre 1 y 0.4 mm, respectivamente; (2) un medio para alimentar un segundo líquido 2, inmiscible con el líquido 1, a través de un tubo metálico T2, cuyo diámetro exterior es mas pequeño que el diámetro interior de j. En este caso, T2 y T2 son concéntricos (el extremo de los tubos no necesita localizarse en la misma posición axial) ; (3) un electrodo de referencia (v.gr., un anillo metálico por ejemplo) colocado en frente de las salidas de aguja a una distancia de alrededor de 0.01 y alrededor de 50 mm; el eje del agujero del anillo se alinea con el eje de Tx; y (4) un suministro de energía de alto voltaje, con un polo conectado a T1 y el otro polo conectado al electrodo de referencia. x y T2 pueden no conectarse al mismo potencial eléctrico. Todos los elementos se sumergen en una atmósfera dieléctrica que puede ser un gas, un líquido inmiscible con el liquido 1, o vacío. Generalmente, la atmósfera dieléctrica puede contenerse dentro de una cámara como se muestra en la Figura 1. Por supuesto, si la atmósfera dieléctrica es aire, la cámara es simplemente el aire que rodea al cono Taylor y los chorros concéntricos. Una parte del aerosol generado, o aun el chorro estructurado, puede extraerse a través del orificio en (3) para caracterizarlo o procesarlo. Las fuerzas EHD deben actuar, por lo menos, en uno de los dos líquidos, aunque pueden actuar en ambos. Se denomina líquido impulsor al líquido ante el cual actúan las fuerzas EHD para formar el cono Taylor. En la primera configuración, el líquido impulsor fluye a través del espacio anular que queda entre ?1 y T2, mientras que en la segunda configuración el líquido impulsor fluye a través de T2, y el segundo líquido fluye a través del espacio anular entre Tx y T2. En cualquier caso, la conductividad eléctrica del líquido impulsor debe tener un valor suficientemente alto para permitir la formación del cono Taylor. Con referencia a la primera configuración, cuando el líquido 1 (el líquido impulsor) se inyecta a una tasa de flujo apropiada 0t y un valor apropiado de la diferencia de potencial eléctrico se aplica entre T1 y un electrodo y, el líquido 1 desarrolla un cono Taylor, cuyo ápice emite un chorro mi-cro/nanométrico cargado estable (modo de chorro de cono estable) . La forma cónica característica del menisco líquido es debido a un balance entre la tensión superficial y las fuerzas eléctricas que actúan simultáneamente y/en la superficie del menisco. El movimiento del líquido se ocasiona por el esfuerzo tangencial eléctrico que actúa en la superficie del menisco, jalando al líquido hacia la punta del cono Taylor. En algún punto, el equilibrio mecánico recién descrito falla, tal que la superficie del menisco cambia de cónica a cilindrica. Las razones detrás de esta falla de equilibrio pueden ser debidas a, dependiendo del régimen de operación, la energía cinética del líquido o el valor finito de la conductividad eléctrica del líquido. El líquido así expulsado debido a la fuerza EHD, deberá recuperarse continuamente para una inyección apropiada de líquido a través de Tx para alcanzar un estado estable. La estabilidad de este estado precursor puede caracterizarse bien por medio de supervisar la corriente eléctrica I transportada por el chorro y el aerosol recolectado en el electrodo. Dependiendo de las propiedades del líquido 1 y de <¾, el movimiento del líquido dentro del cono Taylor puede dominarse por la viscosidad, en cuyo caso, la velocidad de líquido en todas partes dentro del cono apunta principalmente hacia la punta del cono. De otra manera, el flujo dentro del cono puede exhibir fuertes re-circulaciones, las cuales deben evitarse para producir chorros micro/nanométricos estructurados. Siempre que el flujo se domine por la viscosidad, se puede entonces proceder a formar el chorro micro/nanométrico estructurado. Para hacerlo, se suministra continuamente líquido 2 a través de T2. El menisco del líquido 2, el cual se desarrolla dentro del cono Taylor formado por el líquido 1, es chupado hacia la punta del cono por el movimiento del líquido 1. Bajo ciertas condiciones de operación, las cuales dependen de las propiedades de ambos líquidos (y de las propiedades líquido-líquido) , el menisco del líquido 2 puede desarrollar una punta cónica a partir de la cual un chorro micro/nanométrico se extrae por el movimiento del líquido 1. En esta situación, pueden existir reqímenes donde el chorro del líquido 2 fluya coaxialmente con el líquido 1. Como antes, el líquido 2 se suministra continuamente a T2 a una tasa de flujo Q2 para alcanzar un estado estable. Cuando el dispositivo opera en la sequnda configuración, el procedimiento es análogo, excepto que el movimiento del líquido impulsor no necesita dominarse por la viscosidad. Aunque no se desea limitarse por la teoría, el presente estudio sugiere que la formación de chorros de líquido coaxiales requiere que los valores de la tensión superficial de los pares de fluidos diferentes que aparecen en el problema satisfacen la desigualdad Sai-Sao > Soi, donde Sai es la tensión superficial del líquido 2 y la atmósfera dieléctrica, Sao es la tensión superficial del líquido 1 y la atmósfera dieléctrica, y Sol es la tensión interfacial del liquido 1-liquido 2, respectivamente. Para dar una idea de los valores típicos de los parámetros diferentes que aparecen en el proceso, la tabla siguiente proporciona mediciones experimentales de la corriente eléctrica transportada por el chorro para diferentes tasas de flujo del líquido interior manteniendo fija la tasa de flujo del líquido exterior. Qx = 50 ml/min
Nótese que en este ejemplo, correspondiente al caso donde Q1 es mucho mayor que Q2, el valor de la corriente I sigue la ley de electro-rocío bien conocida ?µ?)2½. Para producir cápsulas nanométricas a través del procedimiento de la presente invención, un fotopolímero puede usarse como el líquido externo. De hecho, el rompimiento del chorro estructurado por la acción de inestabilidades capilares da lugar a la formación de un aerosol de gotas estructuradas las cuales, bajo la acción de una fuente de luz ultravioleta, permiten el encapsulado del líquido interior. Dispositivo General Ilustrado en la Figura 1 Un dispositivo 100 usado para producir chorros coaxiales cargados estables de líquidos no miscibles con diámetros en el rango micro/nanométrico y el aerosol subsecuente de micro/nano partículas o cápsulas para adición a alimentos se muestra y describe en la presente (ver figura 1) . Por supuesto, otras formas de realización de este dispositivo pueden usarse siempre que produzcan el aerosol deseado de micro/nano partículas o cápsulas estructuradas para la adición a alimentos. Aunque varias formas de realización son parte de la invención, se proporcionan meramente como dispositivos ejemplares que pueden usarse para transmitir la esencia de la invención, la cual es la formación de micro-chorros coaxiales estables de diámetros micro y nanométricos por vía de EHD y/o dispersión uniforme de micro/nano partículas estructuradas. El. dispositivo básico para usar en la invención de acuerdo con la figura 1 comprende: (1) medios para suministrar un primer líquido 12 a través de un tubo metálico 16, de preferencia con un diámetro exterior de alrededor de 400 mm y un diámetro interior de alrededor de 200 mm; (2) medios para suministrar un segundo líquido 10, no miscible con el primero líquido 12, a través de un tubo metálico 14, con un diámetro exterior que es mas pequeño que el diámetro interior del tubo 16; (3) un contraelectrodo (tierra) 24, o extractor, como una placa metálica, colocado a distancia corta (v.gr., de preferencia alrededor de 1 mm) en frente de las puntas de aguja 18, teniendo un agujero 26 en él; el centro del agujero 26 se localiza aproximadamente a lo largo de, y alineado con, el eje longitudinal de las puntas de agu ; y (4) un suministro de energía de alto voltaje, con uno de los polos conectado a la aguj 16 y el otro conectado al contraelectrodo 24. Ambas agujas o tubos 14 y 16 pueden o no estar al mismo potencial eléctrico. En la configuración mostrada en la figura 1, la aguja 14 se coloca de manera concéntrica dentro de la aguja 16. La salida de las agujas o tubos 14 y 16 puede o no colocarse en la misma posición axial. Todos los componentes se sumergen en una atmósfera dieléctrica que puede ser un gas, liquido, o vacio. Un cono Taylor 20 se forma en las puntas de aguja 18 y un chorro micro-estructurado 21 se forma a partir de la porción del cono Taylor 20 que se remueve de las puntas de aguja 18. Parte del aerosol 22 formado, o aun el chorro micro-estructurado 21, puede retirarse a través del agujero 26 para procesamiento adicional o caracterización de los productos. Por supuesto, los técnicos en la materia observarán que dimensiones especificas dadas aqui, asi como a través de la especificación, pueden variarse tanto como las cápsulas y partículas deseadas para incorporación en productos alimentos se puedan obtener como se describe en la presente. Mas específicamente, la figura 1 proporciona una representación esquemática de un aparato 100 adecuado para la formación de cápsulas y partículas para incorporación en productos alimenticios por generación de chorros compuestos por vía de EHD. Un cono Taylor estructurado 20 se forma en los extremos 18 de las agu as electrificadas 14 y 16 cuando el líquido interior 10 y el líquido exterior 12, respectivamente, se inyectan a tasas de flujo apropiadas a través de sus puntas de aguja respectivas 18. Por lo menos una aguja (en este caso la aguja 16) se conecta a una diferencia de potencial 28 con respecto de un electrodo de referencia 24 el cual tiene un agujero 26 a través de él. En una forma de realización preferida, la diferencia de potencial 28 entre las agujas 14 y 16 y el electrodo de referencia 24 es de unos cuantos kV. Dos chorros concéntricos 21, uno de ellos rodeando al otro, son emitidos a partir de la punta (es decir, el vértice de cono) del cono Taylor 20. Los chorros concéntricos 21 se rompen eventualmente por inestabilidades varicosas dando lugar a un aerosol de gotas compuestas 22 con el liquido interior 10 (gris oscuro) rodeado por el liquido exterior 12 (gris claro) . La cámara 30 contiene una atmósfera dieléctrica (es decir, gas, liquido, o vacio) en la cual las gotas compuestas 22 se forman. Las gotas compuestas 22 pueden removerse de la cámara 30 por el agujero 26. Si la conductividad eléctrica de uno de los dos líquidos es suficientemente alta, un menisco cónico (cono Taylor) se forma a la salida de la aguja cuando una diferencia de voltaje suficientemente alta se aplica entre la aguja 16 y el contraelectrodo 24. Se le llama líquido impulsor al líquido ante el cual actúan las fuerzas EHD para formar el cono Taylor. Es necesario que fuerzas EHD actúen sobre por lo menos un líquido, aunque pueden actuar en ambos. Se describirá la configuración en la cual el líquido "impulsor" fluye a través del espacio libre entre las agujas 14 y 16. Un chorro muy delgado (micro/nano) 21 es emitido a partir del cono Taylor 20 (es decir, el vértice de cono), el asi llamado modo de cono-chorro. La forma cónica del menisco es debida al balance entre la tensión superficial y las fuerzas eléctricas que actúan en la superficie del menisco. El movimiento del liquido se enciende por los esfuerzos de corte eléctricos que actúan en la superficie del cono, el cual jala al liquido hacia la punta del cono. Otras fuerzas como la presión dinámica se vuelven importantes en y mas allá de cierto punto de la interfaz cónica del menisco electrificado, y la interfaz cambia de forma cónica a similar a chorro. La masa liquida expulsada a través del chorro por las fuerzas EHD, deberá continuamente reponerse por un suministro continuo apropiado de liquido 12 a través de la aguja 16 para lograr un estado estable; que esta tasa de flujo sea QA. La estabilidad de esta etapa precursora depende de la corriente I portada por el chorro y el aerosol que se recolecta en 24. Dependiendo de tanto las propiedades del fluido 12 y de QA, el movimiento del liquido 12 dentro del cono Taylor puede dominarse por completo por la viscosidad. En ese caso, la velocidad del fluido, en cualquier punto dentro del cono Taylor, apunta de manera dominante hacia el ápice del cono. De otra manera, el flujo puede exhibir movimiento meridiano re-circulatorio fuerte y aun remolinos. Estos movimientos deberán evitarse para producir chorros coaxiales por vía EHD. Si el flujo de liquido 12 es dominado por la viscosidad, y una tasa de flujo QB del líquido 12 se suministra continuamente a la aguja 14, el menisco de líquido 10, formado dentro del cono Taylor 20 desarrollado por el líquido 12, se jala por el movimiento del líquido 12 hacia el ápice del cono. Bajo ciertas condiciones de operación, que dependen de las propiedades y las tasas de flujo de ambos líquidos, el menisco de líquido 10 desarrolla una punta cónica a partir de la cual un micro/nano chorro estable de líquido 10 es jalado por el movimiento del líquido 12. En esta situación, puede haber regímenes en los cuales ambos chorros fluyen de manera concéntrica, aquel del líquido 10 estando por dentro de aquel del líquido 12. De nuevo, para alcanzar un estado estable, el líquido 12 deberá suministrarse continuamente a la aguja 14 a una cierta tasa de flujo QB. La otra configuración se lleva a cabo cuando el líquido "impulsor" 12 fluye a través de la aguja 16 y el segundo líquido 10 fluye a través del espacio anular entre 14 y 16. En este caso, el movimiento del líquido "impulsor" no necesita dominarse por la viscosidad. El líquido 10 (es decir, el líquido interior en las cápsulas o partículas deseadas) es en general una formulación líquida de un alimento, el cual es alto en valor nutricional pero tiene un sabor desagradable y por lo tanto sería de interés recubrirlo con un polímero o cualquier otro material sin sabor. El efecto de enfoque de las fuerzas eléctricas da lugar a chorros con diámetros que pueden ser de miles de veces menores en diámetro que los diámetros de las agujas. Este efecto proporciona ventajas tales como (1) el atascamiento de la aguja de salida prácticamente se elimina, y (2) los diámetros de los chorros coaxiales y consecuentemente las partículas resultantes son mucho mas pequeños que los diámetros de las agujas. Esto es deseable dado que es muy difícil diseñar agujeros o tubos para extrusión de líquidos con diámetros muy pequeños. Una variedad de configuraciones de componentes y tipos de fluidos se volverán aparentes para los técnicos en la materia ante la lectura de esta divulgación. Estas configuraciones y fluidos se engloban por la presente invención siempre que puedan producir un modo de cono-chorro electrificado estable de un primer líquido. El líquido que viene de una aguja de alimentación forma un cono Taylor 20 en la compuerta de salida si la aguja se conecta a un potencial eléctrico cuyo valor cae dentro de un rango apropiado con respecto a un electrodo de referencia. Un chorro electrificado muy delgado 21 se emite a partir del vértice de cono. Un segundo fluido, no miscible con el primero, puede inyectarse tasas de flujo apropiadas a través de una segunda aguja, la cual se configura concéntricamente con respecto de la primera. Esta segunda aguja puede conectarse al mismo, o alternativamente a un diferente, potencial. Un chorro se emite a partir de la punta del menisco mas o menos cónico del segundo fluido, el cual es anclado a la salida de la segunda aguja. Este chorro se acelera por el primero a través de la acción de las fuerzas viscosas y fluye coaxialmente con él. El rompimiento eventual de los chorros coaxiales debido a inestabilidades varicosas resulta en un aerosol 22 de gotas esféricas con un líquido interior recubierto por uno exterior. La estabilidad de las gotas puede mantenerse por un número de procedimientos. Por ejemplo, pueden aspirarse en un tubo de curado e irradiarse por energía para endurecer o polimerizar el recubrimiento exterior. Como ejemplo, lactosa puede recubrirse con un recubrimiento de polímero, el cual no se disolvería en un producto lácteo (v.gr., leche o helado) pero se disolvería en el tracto gastrointestinal. Haría posible que los individuos intolerantes a la lactasa coman productos lácteos dado que la lactosa se combinaría con la enzima lactasa después de consumirse y su efecto negativo para esos individuos se volvería neutralizada. La forma de realización de la figura 1 se diseña claramente para producir cápsulas de una sustancia recubierta por otra sustancia. Por lo tanto, la aguja de alimentación exterior se posiciona de manera concéntrica con la interior en el dispositivo de la figura 1. Mas aun, dos o mas agujas de alimentación adicionales con cada una posicionada de manera concéntrica alrededor de la precedente pueden rodear a la aguja interior. Si varios líquidos se inyectan a través de las agujas a tasas de flujo y valores de voltaje de aguja apropiados, el rompimiento de los multi-chorros coaxiales resultantes da lugar a un aerosol de gotas compuestas de varias capas aproximadamente concéntricas . Los diámetros de las esferas (interior y exterior) pueden ajustarse con precisión por medio de variar la relación de tasa de flujo exterior-interior. Deberá enfatizarse que los diámetros de los chorros coaxiales dependen de: (1) las tasas de flujo, (2) las propiedades de los dos líquidos, principalmente la conductividad del líquido impulsor, y (3) los voltajes aplicados, pero no de los diámetros de las agujas de alimentación. Las primeras pueden ser miles de veces mas pequeñas que las segundas. En el caso de cápsulas de dos materiales, el material que constituirá el núcleo de la cápsula se inyecta de manera estable a través de la aguja interior mientras el recubrimiento se inyecta entre los tubos interior y exterior. Uno de los líquidos (o ambos) actúa como impulsor formando un cono Taylor bajo la acción de las fuerzas EHD a partir de cuyo vértice se emite un chorro extremadamente delgado. El otro líquido se forza por las fuerzas viscosas como consecuencia del movimiento del líquido impulsor (o por una combinación de fuerzas tanto viscosas y EHD si la conductividad eléctrica del segundo líquido también es suficientemente alta) . Formulación y Composición de Partículas Preparadas Usando la Presente Invención en Productos Alimenticios En la presente especificación y reivindicaciones anexas, las formas singulares uno, una y el, la, incluyen referencias plurales a menos que el contexto claramente dicte de otra manera. Así, por ejemplo, referencia a una cápsula incluye una pluralidad de cápsulas y referencia a un líquido incluye referencia a una mezcla de líquidos, y sus equivalentes conocidos para los técnicos en la materia, y así sucesivamente. Amenos que se defina de otra manera, todos los términos técnicos y científicos usados en la presente tienen el mismo significado como se entiende por un técnico en la materia a la cual corresponde esta invención. Los términos cápsulas, partículas atomizadas, y partículas de formulación atomizadas se usan de manera intercambiable en la presente y significarán partículas de formulaciones líquidas (de preferencia alimentos líquidos) que han sido atomizados usando el dispositivo y método de la invención. El término formulación como se usa en la presente se refiere a cualquier materia para atomizarse. Una formulación puede contener un componente sencillo para agregarse al alimento, o puede contener componentes múltiples . El término también pretende englobar excipientes, vehículos, y similares, incluyendo compuestos a los cuales los componentes se conjugan, como se describe en las siguientes secciones. El término alimento como se usa en la presente significa (1) artículos usados para alimento (consumido por boca para nutrición) o bebida para hombres u otros animales, (2) artículos usados para componentes de cualquier otro artículo alimenticio. Alimento incluye artículos usados por gente en la manera ordinaria en la cual la mayoría de la gente utiliza el alimento (es decir, por sabor, aroma, y/o valor nutricional) . El término alimento como se usa en la presente también pretende cubrir aditivos alimenticios (v.gr., condimentos) y alimentos especializados tales como fórmula para infantes. El término aditivo alimenticio como se usa en la presente significa cualquier sustancia cuyo uso pretendido resulta o puede esperarse razonablemente que resulte, directamente o indirectamente, en su conversión en un componente o de otra forma afectando las características de cualquier alimento, incluyendo cualquier sustancia pretendida para uso para producir, fabricar, empacar, procesar, preparar, tratar, empacar, transportar, o mantener alimentos. El término como se usa en la presente no incluye un químico pesticida o un fármaco regulado por la Administración de Alimentos y Drogas de los Estados Unidos (ya sea como un fármaco que requiere o no receta médica) que ha sido añadido al alimento. Ejemplos de aditivos alimenticios incluyen componentes que por si mismos no son aditivos tales como vitaminas, minerales, aditivos de color, aditivos herbales (v.gr., Echinacea, hierba de San Juan, y similares), antimicrobianos, conservadores, y similares los cuales cuando se agregan al alimento son aditivos. El término aditivo de color como se usa en la presente incluye un colorante, pigmento, u otra sustancia que cuando se añade o aplica a un alimento es capaz de impartir color a él.
El término fórmula para infantes como se usa en la presente se refiere a un alimento que pretende ser o se representa por un uso dietético especial solamente como alimento para infantes por razón de su simulación a leche humana o su adecuación como sustituto completo o parcial para leche humana. El término alimento mejorado como se usa en la presente se refiere a un producto alimenticio que se mejora sobre un producto alimenticio convencional por la adición de mas de un componente ya presente en la contraparte convencional. Como se usa, el término engloba alimentos funcionales, pero también incluye alimentos tales como panes con carbohidratos añadidos, cereales con vitaminas y/o minerales añadidos, y alimentos en los cuales componentes no deseables se reducen por la adición de otros componentes mas deseables (v.gr., reemplazo de grasa con un sustituto de grasa) . El término alimento funcional como se usa en la presente se refiere a alimento designado con aditivos funcionales que combina de manera efectiva ingredientes no encontrados juntos usualmente en un fuente alimenticia sencilla. Los alimentos funcionales tienen la apariencia y estructura de alimentos convencionales pero contienen niveles significativos de componentes biológicamente activos que imparten beneficios de salud o efectos fisiológicos deseables mas allá de nutrición básica. Un ejemplo de un alimento funcional es un alimento que no es normalmente alto en fibra o proteína al cual se agrega ya sea fibra o proteina. Por ejemplo, la adición de fibra insoluble cuya fuente es salvado de trigo a algunos alimentos puede reducir el riesgo de cáncer de mama o de colon. El término "nutricéutico" como se usa en la presente se refiere a productos producidos a partir de alimentos y/o fuentes naturales (v.gr., extractos herbales) que son vendidos en formas médicas tales como pildoras, polvos y pociones. Los términos vitaminas, minerales, vitaminas y minerales, y similares como se usan en la presente generalmente se refieren a aditivos alimenticios nutritivos que pueden encontrase en o añadirse a un producto alimenticio. Como se usan en la presente, suplementos de vitaminas y suplementos de minerales se consideran suplementos dietéticos, y como son productos separados no caen bajo la definición de alimento per se, pero en su lugar se consideran ser nutricéuticos para propósitos de la presente solicitud. El término fármaco como se usa en la presente significa (1) artículos reconocidos en la Farmacopea Oficial de los Estados Unidos, Farmacopea Homeopática Oficial de los Estados Unidos, Formulario Nacional Oficial de los Estados Unidos, o la Referencia de Escritorio de Médicos (PDR) de los Estados Unidos, cualquier suplemento de cualquiera de ellas, y (2) artículos pretendidos para uso en diagnosis, cura, mitigación, tratamiento, o prevención de enfermedades en hombre u otros animales; y (3) artículos (diferentes de alimentos) pretendidos para afectar la estructura o cualquier función del cuerpo del hombre u otros animales; y (4) artículos pretendidos para uso como componente de cualquier artículo especificado en (1), (2), o (3). Los métodos descritos en la presente permiten la adición a alimentos de un número de diferentes componentes pero evitan el contacto entre alimentos y aditivos. Los componentes funcionales pueden usarse solos o en combinación en las partículas, los cuales pueden diseñarse y dimensionarse para bio-eficiencia incrementada de las partículas. Mas aun, componentes funcionales pueden encontrarse en el interior de la partícula recubierta, como una capa en partículas de capas múltiples, o en el recubrimiento de partículas producidas en esta invención. Los componentes de formulación también pueden ser materiales inertes que sirven para recubrir una partícula funcional, o proporcionar un relleno como una plantilla para recubrirse con composición conteniendo una partícula funcional. Por ejemplo, extractos herbales y/o los componentes funcionales de tales pueden agregarse a alimentos, incluyendo bebidas, gomas de mascar, y barras energéticas usando la presente invención. Componentes funcionales como fito-químicos y/u otros componentes funcionales que proporcionan beneficios fisiológicos pueden incorporarse a alimentos para llevar estos beneficios a los consumidores. Algunos ejemplos son sitostanol éster u otros ingredientes bioactivos tales como ácido graso omega-3 y fibras dietéticas bifidogénicas que pueden ayudar a colesterol inferior y combatir enfermedades cardiovasculares. Carotenoides, hidrosi-lato de colágeno, flavonoides, entre otros componentes funcionales son ejemplos adicionales. Usos Ejemplares de la Presente Invención La presente invención proporciona un método para recubrir una formulación con otra formulación para formar cápsulas con diámetros en el rango micro y nanométrico para añadirse a alimentos. El método es especialmente adaptado para la introducción de un número de componentes a productos alimenticios, incluyendo componentes funcionales de capas múltiples como se describe posteriormente. El método de la invención puede usarse para recubrir componentes funcionales con una sustancia teniendo una calidad deseable para sabor o textura de alimentos (v.gr., especias, sazonadores, sabores naturales, y similares). Asi, la presente invención permite la incorporación de una cantidad efectiva de un aditivo mej orador o funcional a un producto alimenticio sin tener un efecto adverso en la propiedades organolépticas del producto alimenticio. Una "cantidad efectiva" es una cantidad de aditivo que proporciona un efecto deseado o beneficio ante el consumo. El método de la invención puede usarse para producir productos alimenticios teniendo mayor contenido de fibra, mientras aun mantiene la textura y sabor de sus contrapartes convencionales, por medio de recubrir partículas de fibra con una sustancia deseable que mejora el sabor, textura, etc., del alimento. Por ejemplo, partículas de salvado pueden recubrirse con otra sustancia (v.gr., grasa, aceite o azúcar), y para asemejar el tamaño normal de tamaño de partículas en alimentos (v.gr., partículas de salvador recubiertas con grasa pueden producirse para asemejar el tamaño normal de glóbulos de grasa en alimentos) . Esto conservará el sabor y/o sentir del alimento, y puede ser útil para crear alimentos que son bajos en grasa, para disminuir enfermedades cardiovasculares, o bajas en azúcares, para diabéticos, sin sacrificar el sabor o textura del producto alimenticio . El dispositivo también puede usarse para recubrir proteínas y/o aminoácidos específicos en alimentos para hacerlos mayores en proteínas y/o aminoácidos, pero con mejor sabor y/o textura debido a la sustancia que está recubriendo la proteína. El recubrimiento de otras moléculas de relleno, tales como metilcelulosa, caseína, y similares, también se pretenden englobarse en la presente invención. El uso de tales composiciones de relleno, que de preferencia no agregan a la naturaleza calórica de un alimento será aparente a un técnico en la materia ante la lectura de la presente divulgación. Alimentos con Componentes Teniendo Recubrimientos de Aditivos de Alimento Mientras que la efectividad de un aditivo de alimento es debida a su área superficial, el uso del método de la invención puede reducir sustancialmente la cantidad de aditivos.
Por ejemplo, recubrir una partícula de relleno sin alterar el color de un alimento o bebida puede reducir la cantidad de aditivos de color que se añaden a productos alimenticios. Los aditivos de alimentos que pueden usarse para recubrir una partícula incluyen, pero no se limitan a, acidificantes, adyuvantes de sabor, mejoradores de sabor entre muchos otros . Alimentos con Componentes Incompatibles Alimentos teniendo componentes funcionales que son incompatibles con los otros ingredientes del producto alimenticio pueden también recubrirse usando el método de la presente invención. Por ejemplo, la adición de partículas recubiertas de lactasa, que serían liberadas en el tracto gastrointestinal, a un producto alimenticio tal como leche, queso, o helado, permitirían a gente afectada con intolerancia a la lactosa que digieran estos productos. La adición de partículas de amilasa recubiertas puede también facilitar la digestión de ciertos alimentos altos en fibra . Otros componentes que cuando se añaden a un alimento pueden ocasionar que el alimento cambie de naturaleza de textura también pueden añadirse a un alimento por medio de recubrir la partícula para liberación durante la digestión. La adición de gelatina a una bebida, que puede ser saludable para los huesos y articulaciones, cambia la naturaleza de la bebida a menos que la gelatina se recubra con el método de la presente invención y