СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ n-МАСЛЯНОЙ КИСЛОТЫ В МИКРОИНКАПСУЛИРОВАННОЙ ФОРМЕ ДЛЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЖИВОТНЫМ ИЛИ ЧЕЛОВЕКОМ Российский патент 2014 года по МПК A23K1/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу получения n-масляной кислоты в микроинкапсулированной форме для потребления животным или человеком с характеристиками, приведенными в преамбуле формулы изобретения.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно, что некоторые соединения n-масляной кислоты оказывают положительное биологическое воздействие на пищеварительную систему, стимулируя рост кишечных ворсинок и модифицируя развитие желудочно-кишечных микроорганизмов.

Масляная кислота представляет короткоцепочечную монокарбоновую жирную кислоту (цепь из 4 атомов углерода), которая также классифицируется среди прочего как летучая жирная кислота (VFAs) наряду с уксусной кислотой (цепочка из 2 атомов углерода) и пропионовой кислотой (цепь из 3 атомов углерода). Масляная кислота имеет 2 изомера, n-масляная кислота и изомасляная кислота. При комнатной температуре n-масляная кислота находится в жидкой форме и также имеет характерный запах прогорклого сливочного масла, который различается людьми и животными различных видов даже в очень низких концентрациях.

Среди соединений n-масляной кислоты наибольший интерес представляют ее соли и эфиры, как правило, указываемые, как "бутираты", и в частности, ее натриевая соль.

Эфир N-масляной кислоты коммерчески доступен в жидкой форме, а натриевая соль n-масляной кислоты коммерчески доступна как в жидкой форме (в 50% водном растворе - как непосредственный продукт реакции синтеза натриевой соли из n-масляной кислоты), так и в твердой гранулированной форме (как белый порошок, стабильный вплоть до температуры 250°C).

В зависимости от окружающей среды, соединения n-масляной кислоты могут быть в диссоциированной форме или в недиссоциированной форме, последнее очень важно на биологическом уровне, поскольку она может абсорбироваться стенками желудка и клеточными мембранами микроорганизмов и может оказывать гораздо более сильное воздействие по сравнению с диссоциированной формой.

Бутираты получаются главным образом из углеводородов (целлюлозы и крахмала) ферментацией в анаэробных условиях различными микроорганизмами, также происходящей в толстой кишке. После его образования бутират частично метаболизируется, и неметаболизированная фракция недиссоциированного бутирата абсорбируется в толстой кишке и поступает в кровоток. Из данных, приведенных в литературе, видно, что соли летучих жирных кислот могут ингибировать рост гемолитических штаммов Escherichia coli вплоть до 50% (Galfi P., Neogrady S., 1992).

Среди этих солей соли n-масляной кислоты имеют самую высокую ингибирующую способность, и она повышается со снижением рН, чему способствует присутствие ее недиссоциированной формы. Это было установлено при проведении исследований воздействия соли n-масляной кислоты на различные штаммы микроорганизмов пищеварительной системы (Galfi P., Neogrady S., 1991), что снижает рост E. coli за счет прямого воздействия бутирата и усиления роста Lactobacilli. Следовательно, антибактериальное воздействие этой соли избирательное. Другими микроорганизмами, чувствительными к солям n-масляных кислот и pH, являются Clostridium acetobutylicum, Escherichia coli, Streptococcus cremoris, Lactococcus lactis и cremoris, и Salmonella species, при этом виды Lactobacillus и Streptococcus bovis менее чувствительны.

Бутират оказывает дополнительное биологическое воздействие, более точно, стимулирующее воздействие на рост стенок пищеварительной системы. (Galfi P., Neogrady S., 1991).

Эти исследования подтверждаются результатами, полученными при проведении тестов на скармливание животным, которые показывают более высокий ежедневный прирост массы, улучшенное усвоение кормовых продуктов и снижение смертности.

Наряду со значительным потенциалом соединения n-масляной кислоты, однако, имеют значительный недостаток из-за явного неприятного запаха прогорклого сливочного масла, который характеризует исходную n-масляную кислоту и который усложняет процесс получения и хранения.

Действительно, эти соединения не имеют неприятного запаха сами по себе, но они очень чувствительны к кислой среде, в которой они легко гидролизуются и преобразовываются в исходную n-масляную кислоту с указанными выше недостатками.

По этой причине, если бутират как таковой вводят животному или человеку, то n-масляная кислота будет сразу же образовываться в желудке, что делает бутират более не доступным для абсорбции в кишечнике.

Для решения этой проблемы известно микроинкапсулирование бутирата покрытием его липидной матрицей.

В ЕР 1354520 этого же заявителя описывается гранулированный продукт с ядром из бутирата, микроинкапсулированным в липидную структуру с буферными соединениями, такими как карбонаты и бикарбонаты.

Следовательно, необходимо защищать бутират от любого кислого соединения, присутствующего в кормовом продукте для животного и, в частности, от сильной кислой среды желудка, но позволять ему выделяться в кишечнике при разрушающем воздействии специфических ферментов на липидную матрицу.

Несмотря на превосходства принципа, лежащего в основе этой оценки, проблема может считаться решенной только частично, поскольку в желудке разрушается значительная фракция микроинкапсулированного продукта. Однако заявитель также обнаружил, что в частности в случае кормового продукта для свиней, некоторое количество бутирата также гидролизуется в процессе хранения из-за присутствия кислых соединений в кормовом продукте.

В публикации WO 2008/098807 того же заявителя описывается гранулированный продукт с ядром из конъюгированной линолевой кислоты, микроинкапсулированным в липидную матрицу со структурой минерального агента, включающей кремний и, необязательно, карбонат кальция или дигидрат сульфата кальция.

Следовательно, продолжает существовать необходимость в улучшении способа получения соединения n-масляной кислоты в микроинкапсулированной форме для улучшения характеристик конечного продукта, в частности, устойчивости к кислой среде.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу получения соединения n-масляной кислоты в микроинкапсулированной форме для потребления животным или человеком, который разработан для функционального преодоления указанных выше ограничений по предшествующему уровню техники.

В рамках этой проблемы задачей настоящего изобретения является получение продукта, который основан на соединении n-масляной кислоты и который обеспечивает медленное и контролируемое выделение активного ингредиента в тонком кишечнике.

Другой задачей настоящего изобретения является создание способа, не увеличивающего стоимость продукта.

Эта проблема решается, и эти задачи достигаются настоящим изобретением посредством способа получения соединения n-масляной кислоты в микроинкапсулированной форме согласно приложенной формуле изобретения.

В целом, в способе по настоящему изобретению микроинкапсуляцию проводят с использованием охлаждения распылением, способ включает следующие стадии:

- предоставление гранулированного материала на основе соединения n-масляной кислоты,

- смешивание гранулированного материала с матрицей на основе липида, нагревание смеси до температуры более высокой, чем температура плавления матрицы,

- распыление смеси, полученной таким образом в охлаждающей камере с температурой ниже, чем температура плавления матрицы, так что последняя отверждается вокруг гранулированного материала, покрывая его.

Гранулированный продукт подходящего размера образует внутреннее ядро на основе соединения n-масляной кислоты, окруженное и защищенное покрытием на основе липида, другими словами, микроинкапсулирован.

Предпочтительно, соединение представляет соль или эфир n-масляной кислоты, более предпочтительно, оно представляет соль n-масляной кислоты.

В первом варианте воплощения настоящего изобретения гранулированный материал получен на основе бутирата натрия в порошкообразной форме со степенью чистоты более чем 90-95%, с подходящим размером частиц, например, в пределах от 10 до 200 микрон.

Во втором предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения гранулированный материал состоит из твердого носителя в порошкообразной форме, на котором абсорбируется водный раствор бутирата натрия.

Эту стадию адсорбции проводят смешиванием водного раствора, как правило, с 50% содержанием бутирата натрия с твердым носителем в миксере при перемешивании на высокой скорости и выдержке при температуре около 60-70°C.

Твердый носитель представляет предпочтительно неорганический для предотвращения разрушения в течение длительного периода времени и более предпочтительно на основе кремния со средним размером в пределах от 10 до 80 микрон, предпочтительно в пределах от 15 до 20 микрон.

Используемый кремний предпочтительно получен синтетическим путем, по существу свободен от металлов и имеет нейтральный pH, что позволяет избежать диссоциацию бутирата натрия.

Количество используемого кремния, достаточное для достижения полной адсорбции бутирата натрия, как правило, составляет в пределах от 33% до 55% относительно жидкого бутирата натрия.

По окончании этой первой стадии процесса получен легкосыпучий порошкообразный материал, составляющий внутреннее ядро конечного продукта.

Важно подчеркнуть, что наряду с адсорбцией жидкого бутирата натрия, кремний придает подходящую консистенцию смеси для последующей стадии подачи для распыления ее в охлаждающей камере, способствуя, таким образом, правильному образованию конечного гранулированного продукта.

Гранулированный материал получают одним из двух способов, описанных выше, и затем смешивают с матрицей на основе липида с содержанием в пределах от 40% до 95% насыщенных жирных кислот с 14, 16, 18, 20 и 22 атомами углерода (коротко C14, C16, C18, C20 и C22), в которых также присутствует минеральный агент в количестве в пределах от 1% до 20% по массе относительно матрицы.

При образовании гранулированного материала бутиратом натрия в порошкообразной форме, минеральный агент добавляют в смесь липидной матрицы и бутирата натрия, в то время как, когда гранулированный материал формируют водным раствором бутирата натрия, адсорбированным на кремнии, минеральный агент предпочтительно добавляют в водный раствор на стадии адсорбции вместе с кремнием.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, минеральный агент включает эффективное количество дигидрата сульфата кальция CaSO₄*2(H₂O).

Фракция дигидрата сульфата кальция в минеральном агенте составляет предпочтительно более 50%; более предпочтительно более 95%.

Применение дигидрата сульфата кальция является существенным для получения конечного продукта с оптимальными характеристиками устойчивости к кислой среде. В частности, это соединение было гораздо более эффективным по сравнению с другими минеральными агентами, как правило, используемыми в этой области техники, такими как, например, карбонат кальция. Следует отметить, что, кроме того, этот результат является неожиданным, поскольку карбонат кальция является основной солью и, следовательно, теоретически в большей степени подходит для защиты ядра микроинкапсулированного продукта в кислой среде.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения по меньшей мере 80% по массе липидного компонента матрицы состоит из глицеридов C14-C22 насыщенных жирных кислот.

Используемый в данном описании термин "насыщенный" не следует понимать в абсолютном смысле, а указывающим на степень насыщенности жирных кислот по меньшей мере на 99%. Дополнительно, очень важно, что жирные кислоты присутствуют в матрице по существу в форме глицеридов, а не свободных кислот. Для этой цели процентное соотношение свободных кислот в липидном компоненте матрицы должно составлять менее 10% и предпочтительно менее чем 1%.

Глицериды предпочтительно находятся в форме триглицеридов.

Жидкий компонент матрицы по настоящему изобретению предпочтительно также имеет содержание C18 насыщенной жирной кислоты в пределах от 20% до 50% и C16 насыщенной жирной кислоты в пределах от 50% до 75% относительно общего содержания насыщенных жирных кислот, составляющих глицериды.

Липидный компонент матрицы предпочтительно получен на основе гидрогенизированного пальмового масла. Композиция липидного компонента матрицы, таким образом, имеет точку плавления в пределах от 55°C до 65°C.

Сначала нагревают липидный компонент матрицы до точки плавления и затем смешивают с гранулированным материалом, полученным адсорбцией жидкого бутирата натрия на кремнии, при этом минеральный агент может уже присутствовать на гранулированном материале или, в качестве альтернативы, с гранулированным материалом, образованным твердым бутиратом натрия и минеральным агентом.

Предпочтительно смешивание происходит в присутствии подходящих эмульгирующих агентов, таких как, например, эфиры пропиленгликоля, способствуя, таким образом, гомогенной дисперсии порошка кремния или твердого бутирата натрия в липидной матрице.

Дополнительно, также предпочтительно среди прочих, добавляют в смесь другие полимерные соединения на основе целлюлозы и/или ее производных в качестве стабилизаторов.

Смешивание проводят в течение около 10-20 минут с получением гомогенной смеси (хотя более точно полученная система может быть лучше определена, как гомогенная суспензия твердого порошка в расплавленной матрице).

Согласно варианту способа по настоящему изобретению, количества варьируют в пределах от 0,1% до 5% одного или более эфирного масла, также добавленного в смесь в качестве ароматизаторов, антиоксидантов и антибактериальных агентов (следовательно, усиливая антибактериальную активность самого бутирата).

Примеры эфирных масел, преимущественно используемых в качестве добавок в указанном выше, включают масло орегано (из-за содержания в нем карвакрола и тимола), апельсиновое масло (из-за содержания d-лимонена), гвоздичное или коричное масла (из-за содержания эвгенола), масло розмарина, чесночное масло или масло шалфея.

Как только достигнута заданная гомогенность, смесь сразу же подают под высоким давлением и посредством форсунок подходящей формы распыляют в охлаждающей камере, в которой поддерживают температуру в пределах от -2°C до -12°C, таким образом, в течение короткого периода времени, когда частицы смеси остаются в воздухе, липидный компонент смеси может преимущественно быть отвержден сам по себе в соответствии с известной процедурой (технология охлаждения распылением).

Полученный таким образом твердый гранулированный продукт включает внутреннее ядро, образованное активным ингредиентом, который может быть представлен гранулами бутирата натрия или гранулами кремния, в которых адсорбирован водный раствор, и покрытых защищающим внутреннее ядро покрытием, образованным липидным компонентом матрицы, минеральным агентом и эмульгирующим агентом.

После распыления продукт собирают на конвейерные ленты и, когда он все еще находится внутри охлаждающей камеры, подвергают принудительной вентиляции для того, чтобы иметь на выходе из камеры температуру ниже точки плавления и, следовательно, находиться в твердом состоянии.

Для предотвращения агломерации гранулированного продукта, если 80% его частиц имеют размер менее 500 микрон, наносят агент против агломерации, состоящий, например, из кремния и/или перлитов, и/или сепиолитов с размером частиц в пределах от 75 до 80 микрон.

Размер гранул зависит от давления подачи и формы форсунки, но, если необходимо, продукт может быть подвергнут просеиванию для получения заданного размера. В силу специфического процесса производства и используемой матрицы, получаемое вокруг внутренней части бутирата покрытие будет непрерывным и равномерным.

Примеры получения

Пример 1 (твердый бутират натрия)

В 55 г липидной матрицы, состоящей из C14, C16, C18 триглицеридов насыщенной жирной кислоты, добавляют 10 г дигидрата сульфата кальция и 5 г эфиров пропиленгликоля, подают в миксер с рубашкой, нагретый до температуры 70°C. Матрицу выдерживают при температуре 70°C и добавляют в нее 30,6 г твердого бутирата натрия в порошкообразной форме со степенью чистоты 98-99%. Смесь перемешивают в течение около 15 минут с получением гомогенной суспензии. Полученную, таким образом, смесь затем подают в охлаждающую камеру, где поддерживают температуру около -10°C, в которой смесь распыляют при использовании подходящей форсунки с получением, таким образом, гранул с внутренним ядром на основе бутирата натрия, покрытым минерально-липидным покрытием.

Пример 2 (жидкий бутират натрия - 50% раствор)

В 30 г 50% водного раствора бутирата натрия добавляют 12 г кремния и 7 г дигидрата сульфата кальция, подают в миксер с рубашкой, нагретый до температуры 70°C. Смесь перемешивают до полной адсорбции водного раствора с получением легко сыпучего порошка. В 51 г C14, C16, C18 триглицеридов насыщенной жирной кислоты затем добавляют 1 г эфиров пропиленгликоля. Смесь перемешивают при температуре 65°C в течение около 15 минут с получением гомогенной суспензии. Полученную таким образом смесь затем подают в охлаждающую камеру, где поддерживают температуру около -10°C, в которой смесь распыляют при использовании подходящей форсунки с получением таким образом гранул с внутренним ядром, образованным гранулой кремния, в которой адсорбирован водный раствор бутирата натрия, покрытым минерально-липидным покрытием.

Пример 3 (твердый бутират натрия - сравнительный)

70 г липидной матрицы, состоящей из C14, C16, C18 триглицеридов насыщенной жирной кислоты подают в миксер с рубашкой, нагретый до температуры 70°C. Матрицу выдерживают при температуре 70°C и добавляют в нее 30 г твердого бутирата натрия в порошкообразной форме со степенью чистоты 98-99%. Смесь перемешивают в течение около 15 минут с получением гомогенной суспензии. Полученную таким образом смесь затем подают в охлаждающую камеру, где поддерживают температуру около -10°C, в которой смесь распыляют при использовании подходящей форсунки с получением таким образом гранул с внутренним ядром на основе бутирата натрия, покрытым липидным покрытием.

Анализ продуктов

Образцы примеров 1 и 3 подвергают in vitro перевариванию, состоящему из серий тестов, которые воспроизводят трехстадийную химическую и ферментативную инкубацию в соответствии с протоколом теста, установленным Boisen.

Для проведения анализа каждого продукта берут 3-5 г образца, которые подвергают тесту на переваривание трехстадийно, как описано ниже, и отвешивают их с точностью ±0,1 мг по меньшей мере трижды.

Каждая из трех стадий воспроизводит in vitro различные основные стадии переваривания в пищеварительном тракте (желудок, тонкий кишечник и толстая кишка) с исследованием, в частности, активности специфических ферментов (липаза) при переваривании покрытия микрокапсул.

Стадия 1

Три образца каждого микроинкапсулированного продукта отвешивают в 100 мл пробирки. К каждому образцу при аккуратном перемешивании магнитной мешалкой добавляют 25 мл фосфатного буфера (0,1 M, pH 6,0). В смесь добавляют 10 мл 0,2M HCl и доводят pH до 2 при использовании 1M HCl или раствора NaOH. Затем в смесь добавляют 1 мл свежеполученного раствора, содержащего 25 мг пепсина (2000 FIP-ед/г). Затем пробирки укупоривают пластиковыми пробками и выдерживают на водяной бане при температуре 39°C в течение 2 часов.

Стадия 2

В смесь добавляют 10 мл фосфатного буфера (0,2 M, pH 6,8) и 5 мл 0,6 M раствора NaOH. pH корректируют до 6,8 при использовании 1 M HCl или NaOH. Смесь аккуратно перемешивают с 1 мл свежеприготовленного раствора, содержащего 100 мг панкреатина. Затем пробирки укупоривают пластиковыми пробками и инкубируют их в течение 4 часов на водяной бане, выдерживая их термостатически при температуре 39°C.

Стадия 3

pH смеси, полученной на предшествующей, стадии регулируют до pH 7,0 при использовании 1 M раствора NaOH. Затем в смесь добавляют 100 мг липазы и перемешивают ее в течение 18 часов при температуре 39°C.

По окончании каждой из указанных выше стадий удаляют и фильтруют часть смеси, оставшиеся микрокапсулы промывают дистиллированной водой и затем проводят исследование при использовании специфического анализа определения содержания бутирата натрия.

Затем содержание бутирата натрия сравнивают с начальным содержанием, данные приведены в Таблице 1 ниже.

Таблица 1 Образцы Стадия 1 (остаточный % бутирата натрия) Стадия 2 (остаточный % бутирата натрия) Стадия 3 (остаточный % бутирата натрия) Пример 1 61,17 26,68 19,73 Пример 3 54,85 37,10 11,55

Результаты, приведенные в Таблице 1, показывают, что продукт, полученный способом по настоящему изобретению, гораздо более устойчив по сравнению с контрольным образцом к кислой среде в желудке, дополнительно, содержание бутирата натрия сохраняется на относительно высоком уровне, более высоком по сравнению с контрольным образцом, благодаря медленному выделению активного ингредиента, что позволяет ему абсорбироваться даже в толстой кишке.

Полученный продукт может потребляться как человеком, так и животным.

Изобретение относится к способу получения n-масляной кислоты в микроинкапсулированной форме для потребления животным или человеком. Способ включает следующие стадии: предоставление гранулированного материала на основе соединения n-масляной кислоты; смешивание гранулированного материала с матрицей, содержащей длинноцепочечные C14-C22 насыщенные жирные кислоты в пределах от 40% до 95%, нагревание смеси до температуры, более высокой, чем температура плавления липидного компонента матрицы; распыление смеси в охлаждающей камере с температурой ниже, чем температура плавления липидного компонента матрицы, так что последняя отверждается вокруг гранулированного материала, образуя покрытие на указанном гранулированном материале, характеризующийся тем, что матрица включает минеральный агент в пределах от 1% до 20% относительно матрицы, фракция дигидрата сульфата кальция в минеральном агенте составляет более чем 50%. Получаемый продукт обеспечивает медленное и контролируемое выделение активного ингредиента в тонком кишечнике. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

1. Способ получения соединения n-масляной кислоты в микроинкапсулированной форме, включающий следующие стадии:
- предоставление гранулированного материала на основе соединения n-масляной кислоты,
- смешивание гранулированного материала с матрицей, содержащей длинноцепочечные C14-C22 насыщенные жирные кислоты в пределах от 40% до 95%, нагревание смеси до температуры, более высокой, чем температура плавления липидного компонента матрицы,
- распыление смеси в охлаждающей камере с температурой ниже, чем температура плавления липидного компонента матрицы, так что последняя отверждается вокруг гранулированного материала, образуя покрытие на указанном гранулированном материале,
характеризующийся тем, что матрица включает минеральный агент в пределах от 1% до 20% относительно матрицы, фракция дигидрата сульфата кальция в минеральном агенте составляет более чем 50%.

2. Способ по п.1, где фракция дигидрата сульфата кальция в минеральном агенте составляет более чем 95%.

3. Способ по п.1 или 2, где длинноцепочечные C14-C22 насыщенные жирные кислоты находятся в форме глицеридов и составляют по меньшей мере 80% по массе матрицы.

4. Способ по п.3, где диглицериды насыщенной жирной кислоты получают из гидрогенизированного пальмового масла.

5. Способ по п.1, где в качестве эмульгирующего агента в матрице используют эффективное количество дистеарата пропиленгликоля.

6. Способ по п.1, где гранулированный материал образован адсорбцией водного раствора соединения n-масляной кислоты на твердом носителе.

7. Способ по п.6, где твердый носитель получен на основе кремния.

8. Способ по п.6 или 7, где минеральный агент добавляют в водный раствор во время адсорбции на твердом носителе.

9. Способ по п.1, где одно или более эфирное масло, добавляемое в матрицу, выбирают из группы, состоящей из масла орегано, апельсинового масла, гвоздичного масла, коричного масла, масла розмарина, чесночного масла и масла шалфея.

10. Способ по п.1, где соединение представляет натриевую соль n-масляной кислоты.

11. Продукт на основе соединения n-масляной кислоты в микроинкапсулированной форме, полученный способом по любому из предшествующих пунктов.