Способ инкапсулирования жидких водосодержащих продуктов в полупроницаемые капсулы

 

Изобретение относится к микрокапсулированию жидких продуктов и может найти применение в биотехнологии, пищевой, косметической и фармацевтической отраслях. Жидкий водосодержащий продукт смешивают с низкомолекулярным структурирующим водорастворимым реагентом. Полученную смесь диспергируют в водный раствор структурообразующего высокомолекулярного реагента. Структурирующий и структурообразующий реагенты составляют пару, образующую водорастворимый поперечно-сшитый сетчатый полимер оболочек капсул. После заданной экспозиции сформировавшиеся капсулы отделяют от раствора структурообразующего реагента и промывают. В качестве структурообразующего реагента используют высокомолекулярные соединения природного происхождения. Техническим результатом изобретения является инкапсулирование жидких водосодержащих продуктов в капсулы с полупроницаемыми оболочками, минуя стадии формирования временного твердого ядра и последующего его растворения. 8 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам инкапсулирования, в частности микрокапсулирования жидких продуктов из раствора, и может найти применение в биотехнологии, в пищевой, косметической и фармацевтической отраслях.

Известно техническое решение, представляющее собой способ инкапсулирования жидких водосодержащих продуктов в полупроницаемые капсулы, включающий образование капсул с инкапсулируемым продуктом при контакте растворов структурообразующего и структурирующего реагентов, с последующим отделением и промывкой образовавшихся капсул - пат. РСТ 92/05778, С 12 N 11/04, 1992 (1).

Известное техническое решение позволяет получить капсулы, внутреннее содержимое которых представляет собой смесь продукта с трехмерным структурируемым полимером.

Технической задачей предлагаемого способа является получение капсул, содержащих жидкий продукт, заключенный в полупроницаемые оболочки из трехмерного структурированного полимера, что расширяет возможности использования способа в различных отраслях.

Сущность изобретения заключается в следующем: оболочки капсул формируются на поверхности капель смеси водосодержащего жидкого продукта с водорастворимым низкомолекулярным структурирующим реагентом при контакте поверхности этих капель с водным раствором структурообразующего высокомолекулярного реагента. При том, что структурирующий и структурообразующий реагенты являются парой, которые при взаимодействии практически моментально образуют водонерастворимый полупроницаемый сетчатый полимер, а структурирующий реагент не вступает в химическое взаимодействие с инкапсулируемым продуктом. Рост толщины оболочек капсул происходит за счет диффузии молекул структурирующего реагента из капли продукта в окружающий ее раствор структурообразующего реагента. Толщина оболочек капсул регулируется временем контакта капель смеси продукта и структурирующего реагента с раствором структурообразующего реагента и температурой проведения процесса в пределах от 0^o до 100^oС, как правило в пределах от 20 до 60^oС.

Для осуществления способа применяют пары водорастворимых реагентов, образующие поперечно-сшитые полимеры, каковыми (парами) являются: водорастворимые белки, например овальбумин, или водорастворимые производные коллагена - например желатин, или водорастворимые производные кератина или подобные им - с водорастворимыми поперечно-сшивающими реагентами, - или дубильными вешествами, - такими как: таннины, хиноны, синтаны, алифатические альдегиды (глютаровый альдегид, формальдегид, глиоксаль); водорастворимые соли растительных полисахаридов, например соли фруктовых пектинов, альгиновой кислоты из водорослей, эфиров целлюлозы - с водорастворимыми солями двух и более валентных металлов, например: магния, кальция, меди, алюминия, хрома; животные водорастворимые аминополисахариды, например хитозан из панцирей ракообразных и подобные ему - с водорастворимыми поперечно-сшивающими реагентами или солями кальция.

В случае инкапсулирования продукта с плотностью, равной или меньшей 1 г/см³, когда он не может быть погружен в раствор структурообразующего реагента, плотность последнего уменьшают вспениванием инертным газом или воздухом так, чтобы мнимая плотность воздушной дисперсии (например - пены) раствора структурообразующего реагента была меньше плотности инкапсулируемого продукта.

Способ осуществляют следующим образом: в водосодержащий жидкий продукт - это может быть раствор, эмульсия, суспензия, коллоид, золь или их смеси, - вводят водорастворимый структурирующий реагент - это может быть поперечно-сшивающее вещество, или соли двух и более валентных металлов, такие как соли магния, или кальция, или алюминия, или меди, или хрома. Эту смесь продукта со структурирующим реагентом каплями объемом от 0,1 до 1,0 мл разбрызгивают в водный раствор или воздушную дисперсию раствора структурообразующего реагента. После экспозиции в пределах, как правило от 1 до 20 мин, сформировавшиеся капсулы механически отделяют на сите от раствора структурообразующего реагента и промывают или в воде, или в растворе хлористого натрия, или - для укрепления наружной поверхности оболочек капсул - в растворе структурирующего реагента, или в растворе полимерного поликатиона, например такого как поли-L-лизин, или их смеси.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является инкапсулирование жидких водосодержащих продуктов в капсулы с полупроницаемыми оболочками, минуя стадии формирования временного твердого ядра и последующего его растворения после формирования оболочек капсулы вокруг ядра.

Пример 1.

Инкапсулирование многокомпонентного раствора.

В инкапсулируемый продукт - кровезаменитель "Гемодез", представляющий собой многокомпонентный водный раствор физиологически необходимых солей и 6% поливинилпирролидона, - вводят структурирующий реагент СаСl₂ до конечной концентрации 2%, продукт каплями объемом 0,40,1 мл разбрызгивают в 2% раствор структурообразующего реагента - альгината натрия. После заданной экспозиции, в пределах 1-20 минут при температуре 20^oС, сформировавшиеся капсулы отделяют от среды структурообразующего реагента и промывают в 5,0% растворе CaCl₂. Получают капсулы с продуктом объемом 0,40,1 с оболочками из сетчатого полимера альгината кальция толщиной: 0,2-0,3 мм при экспозиции 1 мин, 0,8-1,0 мм при экспозиции 10 мин, 1,2-1,4 мм при экспозиции 20 мин.

Пример 2.

Инкапсулирование суспензии частиц твердого вещества.

В инкапсулируемый продукт - суспензию фармакопейной серы очищенной, стабилизированной в 2% водном растворе карбоксиметилцеллюлозы, вводят сшивающий реагент - глютаровый диальдегид до конечной концентрации 10%, продукт каплями объемом до 1 мл разбрызгивают в 10% раствор структурообразующего реагента - медицинского желатина. После заданной экспозиции в пределах 10-20 мин при температуре 60^oС сформировавшиеся капсулы отделяют от среды структурообразующего реагента и промывают сначала в 1% растворе глютарового диальдегида, затем в 1% растворе NaCl. Получают капсулы с продуктом объемом до 1 мл с оболочками из сетчатого полимера поперечно-сшитого желатина толщиной: 1-1,4 мм при экспозиции 10 мин, 2,4-3,2 мм при экспозиции 20 мин.

Пример 3.

Инкапсулирование суспензии животных клеток.

В инкапсулируемый продукт - суспезию эритроцитов в кровезаменяющей питательной среде с содержанием поливинилпирролидона 6% - вводят структурирующий реагент MgCl₂ до конечной концентрации 4%, продукт каплями объемом 0,60,1 мл разбрызгивают в 3% раствор структурообразующего реагента - альгината натрия. После заданной экспозиции в пределах 1-20 минут при температуре 30^oС сформировавшиеся капсулы отделяют от раствора структурообразующего реагента и промывают в 2% растворе MgCl₂. Получают капсулы с продуктом объемом 0,60,1 мл с оболочками из сетчатого полимера альгината магния толщиной: 0,2-0,25 мм при экспозиции 1 мин, 0,9-1,2 мм при экспозиции 10 мин, 1,6-2,2 мм при экспозиции 20 мин.

Пример 4.

Инкапсулирование культуры молочнокислых микроорганизмов.

В инкапсулируемый продукт - молочный йогурт, представляющий собой многокомпонентную смесь густой суспензии нескольких видов молочнокислых микроорганизмов в питательном субстрате и продуктов их жизнедеятельности, вводят структурирующий реагент СаСl₂ до конечной концентрации 3%, продукт каплями объемом до 1 мл разбрызгивают в 2% раствор структурообразующего реагента - альгината натрия. После заданной экспозиции в пределах 1 - 20 минут при температуре 30^oС сформировавшиеся капсулы отделяют от среды структурообразующего реагента и промывают в 1% растворе CaCl₂. Получают капсулы с включенным в них продуктом объемом до 1,0 мл с оболочками из сетчатого полимера альгината кальция толщиной: 0,25-0,3 мм при экспозиции 1 мин,
1,0-1,4 мм при экспозиции 10 мин,
2,6-3,0 мм при экспозиции 20 мин.

Пример 5.

Инкапсулирование многокомпонентной эмульсии "масло - в - воде".

В инкапсулируемый продукт - косметический крем, представляющий собой эмульсию растительных масел и животных жиров в воде с добавлением эмульгаторов, консервантов, красителей, витаминов и ароматизаторов, удельная плотность продукта 1 г/см³, вводят структурирующий реагент CaCl₂ до конечной концентрации 5%. Продукт каплями объемом 0,50,1 мл разбрызгивают в пену, состоящую из 80% воздуха и 20% 3%-го раствора альгината натрия и имеющую температуру 30^oС. После экспозиции - 1 мин - сформировавшиеся капсулы отделяют от среды структурообразующего реагента и промывают в 3% растворе СаСl₂. Получают капсулы с продуктом объемом 0,50,1 мл с оболочками из сетчатого полимера альгината кальция толщиной 0,2-0,25 мм.

Пример 6.

Инкапсулирование эмульсии рыбьего жира.

В инкапсулируемый продукт - эмульсию, содержащую 30 об.% рыбьего жира и стабилизированную в 1% водном растворе декстрана и пальмиата натрия, вводят структурирующий реагент - таннин до конечной концентрации 5%. Продукт каплями объемом 0,30,05 мл разбрызгивают в пену, состоящую из 80% воздуха и 20% 5%-го раствора овальбумина при температуре 30^oС. После экспозиции - 10 мин - сформировавшиеся капсулы отделяют от среды структурообразующего реагента и промывают сначала в 5% растворе таннина и затем в воде. Получают капсулы с продуктом объемом 0,30,05 мл с оболочками из сетчатого полимера поперечно-сшитого овальбумина толщиной 0,5-0,7 мм.

Пример 7.

Инкапсулирование эмульсии перфтордекалина.

В инкапсулируемый продукт - эмульсию, содержащую 10% перфтордекалина, стабилизированную в 10% водном растворе поливинилпирролидона, вводят структурирующие реагенты - глютаровый диальдегид до конечной концентрации 5% и CaCl₂ до конечной концентрации 7%. Продукт каплями объемом 0,40,1 мл разбрызгивают в 3% раствор хитозана при температуре 60^oС. После экспозиции - 10 мин - сформировавшиеся капсулы отделяют от раствора структурообразующего реагента и промывают в воде. Получают капсулы с продуктом объемом 0,40,1 мл с оболочками из сетчатого поперечно-сшитого хитозана толщиной 1,2-1,4 мм.

Пример 8.

Инкапсулирование концентрата фруктового сока.

В инкапсулируемый продукт - концентрат сока плода гранатового дерева с 12% сахарозы - вводят структурирующий реагент CaCl₂ до конечной концентрации 3%. Продукт каплями объемом 0,40,1 мл разбрызгивают в 2% раствор пектината натрия при температуре 20^oС. После экспозиции - 5 мин - сформировавшиеся капсулы отделяют от раствора структурообразующего реагента и промывают в 3% растворе СаСl₂. Получают капсулы с продуктом объемом 0,40,1 мл с оболочками из сетчатого полимера пектината кальция толщиной 0,5-0,6 мм.

Пример 9.

Инкапсулирование фармакопейного препарата сока алое.

В инкапсулируемый продукт - фармакопейный препарат сока алоэ вводят структурирующий реагент СаСl₂ до конечной концентрации 3%. Продукт каплями объемом 0,10,01 мл разбрызгивают в 2% раствор альгината натрия при температуре 40^oС. После экспозиции - 3 мин - сформировавшиеся капсулы отделяют от раствора структурообразующего реагента и промывают в растворе, содержащем 3% СаСl₂ и 0,1% поли-L-лизина. Получают капсулы с продуктом объемом 0,10,01 мл с оболочками из сетчатого полимера альгината кальция, стабилизированного поли-L-лизином, толщиной 0,4-0,5 мм.

Заявленный способ позволяет инкапсулировать любые жидкие водосодержащие продукты в капсулы объемом от долей мл до 1,0 мл с полупроницаемыми оболочками толщиной от десятков микрон до нескольких миллиметров из поперечно-сшитых сетчатых полимеров природного происхождения.

Формула изобретения

1. Способ инкапсулирования жидких водосодержащих продуктов в полупроницаемые капсулы, включающий образование капсул с инкапсулируемым продуктом при взаимодействии структурообразующего и структурирующего реагентов с последующим отделением и промывкой образовавшихся капсул, отличающийся тем, что продукт смешивают с низкомолекулярным структурирующим водорастворимым реагентом, эту смесь диспергируют в водный раствор структурообразующего высокомолекулярного реагента, являющегося со структурирующим реагентом парой, образующей водонерастворимый поперечно-сшитый сетчатый полимер оболочек капсул, и после заданной экспозиции сформировавшиеся капсулы отделяют от раствора структурообразующего реагента и промывают.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве структурообразующего реагента используют высокомолекулярные соединения природного происхождения.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве структурообразующего реагента природного происхождения используют водорастворимые соли производных растительных полисахаридов.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве структурообразующего реагента используют водорастворимые животные аминополисахариды.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве структурообразующего реагента используют животные водорастворимые белки или водорастворимые высокомолекулярные производные белков.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве структурирующего реагента используют поперечно-сшивающие вещества.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве структурирующего реагента используют водорастворимые соли двух и более валентных металлов.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промывку капсул осуществляют в воде, или в водном растворе хлористого натрия, или в водном растворе структурирующего реагента, или в водном растворе смеси структурирующего реагента и полимерного поликатиона, или в водном растворе полимерного поликатиона.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при инкапсулировании жидкого водосодержащего продукта с плотностью, равной или меньшей 1 г/см³, используют воздушную дисперсию водного раствора структурообразующего реагента, мнимая плотность которой меньше плотности инкапсулируемого продукта.