專利名稱：粒狀材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粒狀材料和生產(chǎn)粒狀材料的方法。
發(fā)現(xiàn)粒狀材料可用于寬范圍的各種應(yīng)用中。例如，包封的香料和調(diào)味劑(感官試劑(organoleptics))廣泛用于食品/營養(yǎng)、家庭護(hù)理，例如洗滌和個人護(hù)理(其中包括化妝品)領(lǐng)域中。其它包封的活性材料，例如殺蟲劑廣泛用于農(nóng)業(yè)和衛(wèi)生領(lǐng)域中。允許緩慢或控制釋放活性成分的包封的藥物制劑也得到廣泛使用。在電子材料中的新應(yīng)用也產(chǎn)生巨大的興趣。
其中活性成分包封在載體或者基體材料內(nèi)的粒狀材料使得在使用中，活性材料能容易處理并容易地?fù)饺氲酱稚⒒蜥尫诺钠渌w系內(nèi)，以允許活性成分具有其效果。因此，直到要求之前活性材料的有效保護(hù)、長的貯存期限、尺寸和密度以及活性的控制或階段釋放對于這種粒狀材料是否具有商業(yè)吸引力是非常重要的因素。例如，寬的粒度范圍可導(dǎo)致顆粒差的分散/溶解并因此導(dǎo)致在使用中活性較差；或者含有活性成分的粒狀材料從混合物，例如洗衣粉中的其它粒狀材料中分離出來將對在使用中活性材料的均勻分散有害。
通常通過噴灑液體前體，并取決于前體，或者干燥它或者冷卻它，以便形成粒狀材料，從而由液體前體生產(chǎn)這種粒狀材料。液體前體可典型地為活性成分分散在其內(nèi)的聚合物基體材料的熔體，在此情況下，驟冷噴灑的材料，引起在飛行過程中，它至少部分固化，形成基本上球形的顆粒?；蛘撸后w前體可以是含有基體材料和活性成分的溶液或者乳液，且它經(jīng)歷例如加熱干燥它的條件，或者引起在飛行過程中足以形成顆粒的一些其它相變。
噴霧干燥器或者深冷器是眾所周知的，且典型地由塔組成，其中液體前體通過霧化器在其內(nèi)噴灑且液滴在其內(nèi)遭受或者并流或者逆流的氣流，以便在液滴內(nèi)進(jìn)行至少部分相變。常用的霧化器是單一流體噴嘴、雙流體氣動噴嘴和高速旋轉(zhuǎn)的圓盤霧化器?？稍赨S-B-5545360、US-B-564530、US-B-6531444和US-A1-2002/0071871中找到這種噴霧干燥器/霧化器的實例。然而，這種噴霧設(shè)備傾向于產(chǎn)生相對寬的粒度分布，其中包括顯著比例的微粒，即粒度小于30微米的顆粒。盡管可通過使用篩子、旋風(fēng)分離器等分級顆粒來改進(jìn)粒度分布，但使用這種技術(shù)顯著增加制造粒狀材料的成本。
其它形式的設(shè)備使用不同的技術(shù)生產(chǎn)其中粒度范圍相對窄的粒狀材料，即據(jù)說顆?；旧鲜菃畏稚⒌?。該技術(shù)包括施加波動的壓力到待霧化的液體上，并且機(jī)械或聲音擾動液體射流，使之打碎成液滴?？稍赨S-A-4585167、GB-A-1454597、EP-A-86704、EP-A-320153和WO94/20204中找到這種設(shè)備的實例。這種設(shè)備主要用于由熔融前體，例如熔融硝酸銨形成相對大的金屬顆粒。
具有相對窄的粒度分布的粒狀材料相對于具有相對寬的粒度分布的粒狀材料可具有優(yōu)勢。例如，具有相對窄的粒度分布的粒狀材料傾向于粉塵較少，自由流動，以及更加容易計量且處理比較安全。然而，申請人發(fā)現(xiàn)，甚至在采用具有相對窄的粒度分布的粒狀材料的情況下，在使用中，在液體內(nèi)分散顆粒時會遇到很大的難題。另外，在使用中通過液體潤濕顆粒并釋放活性成分常常變化非常大。這些變化在許多應(yīng)用中是不利的，因為它們可在諸如莊稼助劑、快餐和洗滌產(chǎn)品之類等的應(yīng)用中導(dǎo)致活性成分差或不完全的釋放，或者在除味劑/止汗劑應(yīng)用中留下令人討厭的殘渣。這些問題以前沒有得到解決。
申請人進(jìn)行的研究表明由于存在混合形態(tài)的已知粒狀材料導(dǎo)致產(chǎn)生問題。其例外是通過噴霧驟冷熔融前體材料生產(chǎn)的粒狀材料，其中在熔融液滴內(nèi)的表面張力效果傾向于產(chǎn)生基本上球形的形態(tài)。然而，在通過噴霧干燥形成的粒狀材料中，申請人已發(fā)現(xiàn)，各種形態(tài)的混合物存在于粒狀材料內(nèi)。已發(fā)現(xiàn)的形態(tài)為球形中空球形大致球形空心微珠填充的多孔網(wǎng)絡(luò)。
以下更加詳細(xì)地描述各種形態(tài)。申請人已發(fā)現(xiàn)，顆粒的密度和活性成分從顆粒中的釋放取決于顆粒的形態(tài)。因此，在粒狀材料內(nèi)存在顯著量的不同形態(tài)導(dǎo)致活性成分不均勻的釋放，因存在相對寬范圍的粒度會加劇這種情況。甚至在基本上均勻的粒狀材料中，材料的分散度和溶解是不均勻的。
申請人已發(fā)現(xiàn)，令人驚奇的是，當(dāng)能產(chǎn)生多于一種以上形態(tài)時，通過選擇在其下生成顆粒的生產(chǎn)方法和參數(shù)，可制造具有選擇形態(tài)的粒狀材料。
因此，本發(fā)明的目的是提供通過噴霧工藝制造的粒狀材料，其中顆?；旧鲜菃畏稚⒌那揖哂谢旧舷嗤男螒B(tài)。
本發(fā)明另一目的是提供制造粒狀材料的方法，其中顆粒是單分散的且具有基本上相同的形態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過噴霧方法制造的粒狀材料具有至少80％，優(yōu)選至少90％，和更特別地至少95％相同形態(tài)的顆粒，所述粒狀材料具有不大于1.2，優(yōu)選不大于1.0，和更特別地不大于0.6的單分散度指數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，通過噴霧方法制造的粒狀材料具有至少80％，優(yōu)選至少90％，和更特別地至少95％相同形態(tài)的顆粒，所述顆粒具有至少兩種組分，其中第一種組分是至少一種基體材料，和第二種組分是通過所述第一種組分保留的至少一種活性成分，且所述粒狀材料具有不大于1.2，優(yōu)選不大于1.0，和更特別地不大于0.6的單分散度指數(shù)。
盡管可在本發(fā)明的粒狀材料中生成所有前面提及的形態(tài)，但優(yōu)選顆粒具有選自中空球形、大致球形、空心微珠和填充的多孔網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)。
如下所述測定單分散度指數(shù)(MDI)MDI＝(90％的粒度)-(10％的粒度)/(50％的粒度)
其中(90％的粒度)是90％體積或重量的顆粒粒度低于它的粒度；(10％的粒度)是10％體積或重量的顆粒粒度低于它的粒度；和(50％的粒度)是50％體積或重量的顆粒粒度低于它的粒度。
盡管是理想的，但從實際的角度考慮，MDI盡可能小，優(yōu)選接近0，根據(jù)本發(fā)明的粒狀材料具有大于0.05，且更典型地大于0.1，和通常大于0.2的MDI。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的粒狀材料包括基本上全部具有相同形態(tài)，即基本上100％的顆粒具有特定形態(tài)的顆粒。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的粒狀材料包括平均粒度范圍為50微米-3000微米的顆粒，不管是以體積還是以重量計。平均粒度范圍的下限是50微米，且更優(yōu)選100微米。平均粒度范圍的上限是3000微米且更優(yōu)選2000微米，和更特別地為1000微米。優(yōu)選地，粒狀材料包括平均粒度范圍為100微米-600微米，更特別地200微米-500微米的顆粒。優(yōu)選地，平均粒度是指體均粒度。當(dāng)形態(tài)是球形時，平均粒度基本上是指顆粒的直徑。對于其它形態(tài)來說，平均粒度是指若在其內(nèi)的材料具有球形形態(tài)時顆粒將具有的相當(dāng)?shù)那蛐沃睆健?br> 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的粒狀材料基本上不含粉塵，基本上不含粉塵是指它基本上不含有體均粒度小于20微米的任何顆粒；更優(yōu)選它基本上不含有粒度小于50微米的任何顆粒；且特別是它基本上不含有體均粒度小于80微米的任何顆粒。要理解，粒狀材料基本上不含粉塵這一標(biāo)準(zhǔn)是原樣制造的粒狀材料。換句話說，不需要對根據(jù)本發(fā)明的粒狀材料進(jìn)行隨后的處理步驟以除去微細(xì)粒。
在根據(jù)本發(fā)明的粒狀材料中，顆粒(若均勻的話)，或者顆粒中的第一種組分和第二種組分(若非均勻的話)可選自寬范圍的材料，這取決于粒狀材料在其內(nèi)使用的應(yīng)用。
當(dāng)顆粒非均勻時，第一種組分從中選擇的材料能例如通過包封或者一起粘合，從而保留第二種組分，形成離散的顆粒。
在一些應(yīng)用中，第一種組分形成材料網(wǎng)絡(luò)，所述材料網(wǎng)絡(luò)具有第二種組分保持在其內(nèi)的間隙。這種基體可以是無機(jī)或有機(jī)晶體結(jié)構(gòu)，或者可以是無定形或者玻璃狀結(jié)構(gòu)。這種材料的實例包括無機(jī)鹽，例如硫酸鹽、硝酸鹽、乙酸鹽、碳酸鹽等和有機(jī)材料，例如乳糖、淀粉、糖和有機(jī)酸等。
在許多應(yīng)用中，顆粒必須生物相容。特別地，當(dāng)顆粒非均勻時，第一種組分必須生物相容?！吧锵嗳荨笔侵笇斜景l(fā)明的粒狀材料的產(chǎn)品的用戶不具有負(fù)面的影響。這種用途的實例是包封的感官感知試劑在食品、個人護(hù)理和家庭護(hù)理應(yīng)用中的用途。
用作第一種組分的合適的生物相容材料可選自糖、多糖、淀粉和甘油酯，特別是甘油二-和三-酯。這種材料還成膜。
其它應(yīng)用可要求粒狀材料或者(當(dāng)為非均相時)第一種組分的材料成膜。這種材料的實例是聚乙酸乙烯酯和乙烯乙酸乙烯酯共聚物，其中包括它們彼此的混合物或者它們與其它材料，例如膠乳、石蠟、脂肪、類脂和生物聚合物的混合物。
在本發(fā)明的粒狀材料中，當(dāng)顆粒非均相時，顆粒中的第二種組分可選自寬范圍的材料，這取決于粒狀材料將要在其內(nèi)使用的應(yīng)用。至少在顆粒以及顆粒由其衍生的前體配方中，在沒有通過與第一種組分反應(yīng)顯著有害地劣化的意義上，第二種組分從中選擇的材料將與第一種組分相容。
在本發(fā)明的粒狀材料中，顆粒中的第二種組分可選自感官感知的、納米級填料，例如無機(jī)微粒氧化物、催化劑、利膚劑(skin benefitagent)、營養(yǎng)劑、應(yīng)答聚合物例如水凝膠。
在香料和調(diào)味劑術(shù)語中，優(yōu)選的感官感知組分是在沒有通過包封提供的保護(hù)的情況下對進(jìn)攻最敏感的那些組分，例如高度揮發(fā)的分子，精油，以及當(dāng)在含漂白劑的洗滌劑中使用時對氧化進(jìn)攻敏感的香料化學(xué)品。
水凝膠是吸收液體并溶脹的聚合物。聚合物鏈纏結(jié)并形成與微海綿類似的多孔網(wǎng)絡(luò)。使用水凝膠顆粒吸收活性成分，然后分散在基體材料內(nèi)，并經(jīng)歷噴霧工藝，形成本發(fā)明的粒狀材料。形成水凝膠的聚合物含有羥基、胺、酰胺、醚、羧酸酯基或硫酸酯基或者這些基團(tuán)的結(jié)合。這種聚合物典型的是α，β-聚(N-2-羥乙基)-DL-天冬酰胺。
在本發(fā)明的粒狀材料中，當(dāng)顆粒是非均相時，顆粒中的第二種組分本身可以是二元或者更高階的顆粒。例如，第二種組分可以是通過基體包封的活性材料，以形成芯殼顆粒。基體材料的實例是麥芽糖糊精、淀粉、糖、多糖和脂肪。
更一般地，形成基體材料的實例是-在EP0922449A2、US 5185176、4977252、3971852、EP 0550067(以及，Modified StarchesProperties and Uses，O.B.Wurzburg，editor，CRC Press，Boca Raton，F(xiàn)lorida(1986))中所述的淀粉、化學(xué)和/或物理改性的淀粉、含有其它碳水化合物的淀粉體系和/或多元醇，淀粉/油復(fù)合材料(US5882713和5676994)；-纖維素和纖維素衍生物(例如，羥丙基纖維素、羧甲基纖維素)藻酸酯、藻酸、卡拉膠、瓊脂、果膠酸、植物膠或滲出膠(例如阿拉伯膠、龍須膠和茄替膠)；半纖維素(細(xì)胞壁多糖，例如D-木聚糖、L-阿糖基-D-木聚糖、D-甘露聚糖、D-半乳糖基-D-甘露聚糖和D-葡糖基-D-甘露聚糖)；-環(huán)糊精及其衍生物；-聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸及其衍生物、聚丙烯酰胺、聚(環(huán)氧乙烷)、苯乙烯馬來酸酐共聚物、聚(乙烯基磺酸)(例如，參見，US4209417、4339356、3576760)。其它合成材料包括聚氨酯、聚脲、三聚氰胺樹脂、三聚氰胺/脲樹脂；-明膠、大豆蛋白質(zhì)、乳清蛋白質(zhì)、明膠/阿拉伯膠；和-活性材料吸收到無機(jī)顆粒如二氧化硅、粘土、沸石內(nèi)，接著用以上所述的任何一種聚合物體系涂布(例如，參見WO02/064725、WO01/40430A1)；和活性成分的實例是-粘合劑、油、潤滑劑、脂肪、調(diào)味劑、香料、著色劑、維生素、藥物、無機(jī)或有機(jī)填料、油墨、防曬劑、增濕劑、實現(xiàn)害蟲控制或抗菌功能的殺蟲物質(zhì)或混合物、抗菌材料、油田添加劑、洗滌添加劑，例如織物調(diào)理劑、酶、化妝品材料、除味劑、頭發(fā)調(diào)理劑和皮膚調(diào)理劑。
這些實例不是窮舉，而是擬闡述本發(fā)明的寬的應(yīng)用范圍。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的粒狀材料中，當(dāng)顆粒為非均相時，第二種組分包括介于25wt％至55wt％，更優(yōu)選30wt％-50wt％的顆粒。
當(dāng)顆粒為非均相時，本發(fā)明的優(yōu)選實施方案包括第一種組分是選自糖、多糖、淀粉和甘油酯，特別是甘油二-和三-酯中的至少一種基體材料，和第二種組分是通過所述第一種組分保留的至少一種活性成分且為感官感知的。
當(dāng)顆粒為非均相時，本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方案包括第一種組分是至少一種成膜聚合物基體材料。
就應(yīng)用來說，可通過選擇成膜材料和形態(tài)，即球形、中空球形和空心微珠，來實現(xiàn)顆粒在其內(nèi)的緩慢溶解和/或活性成分的分散；可通過選擇具有適合于腐蝕機(jī)理的形態(tài)，即大致球形的顆粒，來實現(xiàn)顆粒在其內(nèi)的中速溶解和/或活性成分的分散；以及可通過選擇填充的多孔網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，來實現(xiàn)顆粒在其內(nèi)的快速溶解和/或活性成分的分散。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過從含所述粒狀材料的前體配方的液體本體中射出一排互相發(fā)散的射流，擾動該射流，引起其打碎成窄粒度分布的液滴物流，使這一排所得液滴物流與氣流接觸，以降低在每一物流內(nèi)液滴的聚結(jié)，并引起或允許液滴至少部分在飛行過程中固化，從而制造本發(fā)明的粒狀材料，其中所述前體配方的密度范圍為800kg/m3-1700kg/m3，更優(yōu)選1000kg/m3-1700kg/m3，粘度范圍為0.01Pa.s-1Pa.s，更優(yōu)選范圍為0.06Pa.s-1Pa.s，和表面張力范圍為0.01N/m-0.72N/m，更優(yōu)選0.02N/m-0.72N/m，以及OhnesorgeNumber(Ohn)的范圍為0.005-2.5，更特別地范圍為0.008-1，和其中液體射流的雷諾數(shù)(Rej)范圍為10-5000，更特別地范圍為10-2000。
尤其在WO94/20204中記載了方法和進(jìn)行該方法的裝置，在此通過參考將其全文引入。
前體配方的粘度通常在零剪切速度下測定，但當(dāng)它高于0.1Pa.s時，可在前體配方流過其中，以便形成射流的噴嘴的側(cè)壁剪切速度下測定粘度。
前體配方的韋伯?dāng)?shù)范圍為300-3000。
本發(fā)明的方法產(chǎn)生體均尺寸范圍為50微米-3000微米的液滴。
正如在WO94/20204中所述，可通過機(jī)械或聲音振動，擾動發(fā)散的射流，引起其破碎。在本發(fā)明的方法中，優(yōu)選通過聲音振動，擾動發(fā)散的射流，引起其破碎。優(yōu)選地，生成液滴所使用的韋伯頻率(fw)范圍為0.5kHz-100kHz。優(yōu)選地，射流內(nèi)的流動為層流。
當(dāng)顆粒為非均相時，且其中第一種組分是選自糖、多糖、淀粉和甘油酯，特別是甘油二-和三-酯中的至少一種基體材料的本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案包括Rej范圍為10-5000的液體射流，且使用范圍為2kHz-15kHz的fw生成液滴。
當(dāng)顆粒為非均相時，且其中第一種組分是至少一種成膜聚合物基體材料的本發(fā)明方法的另一優(yōu)選實施方案包括Rej范圍為10-100的液體射流，且使用范圍為10kHz-100kHz的fw生成液滴。
當(dāng)顆粒為非均相時，且其中形成材料網(wǎng)絡(luò)的本發(fā)明方法的另一優(yōu)選實施方案包括Rej范圍為10-1000的液體射流，且使用范圍為2kHz-50kHz的fw生成液滴。
通過實施例，并參考附圖來描述本發(fā)明，其中

圖1是顆粒形態(tài)形成的示意圖；圖2是噴霧裝置的示意圖；圖3是實施例1中所述的樣品1的粒狀材料的顯微照片；圖4是實施例1中所述的樣品2的粒狀材料的顯微照片；圖5是實施例1中所述的樣品4的粒狀材料的顯微照片；圖6是實施例1中所述的樣品5的粒狀材料的顯微照片；圖7是實施例2中所述的樣品6的粒狀材料的顯微照片；圖8是在較高放大倍數(shù)下拍攝的實施例2中所述的樣品6的粒狀材料的顯微照片；圖9是實施例2中所述的樣品12的粒狀材料的顯微照片；圖10和11是在較高放大倍數(shù)下拍攝的實施例2中所述的樣品12的粒狀材料的顯微照片；圖12和14是與圖9-11相類似的在實施例2中所述的樣品11的粒狀材料的顯微照片；圖15和19分別是在實施例4中所述的樣品21、23-25和27中所述的粒狀材料的顯微照片；和圖20和21分別是在實施例7中所述的樣品31和32的粒狀材料的顯微照片。
如上所述，形態(tài)鑒定為球形中空球形大致球形空心微珠填充的多孔網(wǎng)絡(luò)。
參考圖1，本發(fā)明的粒狀材料優(yōu)選包括所示形態(tài)之一的顆粒。正如所示的，當(dāng)液滴遭到氣流時，形成結(jié)皮，且每一顆粒能具有所示形態(tài)之一或者球形(沒有示出)的形態(tài)。
在中空的球形形態(tài)中，顆粒通常具有接近于或者實際上為球形的形狀且是中空的。
大致球形的形態(tài)具有通常為圓形，即形狀為球形，但不具有光滑表面的顆粒。表面外觀可從略微粗糙、幾乎鱗片狀外觀變化到非常粗糙、不規(guī)則和疙瘩狀或者突出物覆蓋的表面。顆粒是除了非常小的不規(guī)則中心空腔以外的固體，它是由前體配方與顆粒之間的密度差而產(chǎn)生的。
在空心微珠形態(tài)中，顆粒通常具有接近于球形但與真正的球形相比，更可能地略微伸長或者為橢圓形狀的外觀，且具有通過殼進(jìn)入到中空中心內(nèi)的開口。
正如圖1所示的，顆粒密度隨形態(tài)變化，這與活性材料從基體中的釋放機(jī)理一樣。
就應(yīng)用來說，可通過選自成膜材料和形態(tài)，即球形、中空球形和空心微珠來實現(xiàn)顆粒在其內(nèi)的緩慢溶解和/或活性成分的分散；可通過選擇具有適合于腐蝕機(jī)理的形態(tài)，即大致球形的顆粒，來實現(xiàn)顆粒在其內(nèi)的中速溶解和/或活性成分的分散；以及可通過選擇填充的多孔網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，來實現(xiàn)顆粒在其內(nèi)的快速溶解和/或活性成分的分散。
球形形態(tài)類似于圖1所示的中空球形形態(tài)，所不同的是它是除了非常小的不規(guī)則中心空腔以外的固體，它是由前體配方與顆粒之間的密度差而產(chǎn)生的。在這一實例中，顆粒具有高的密度且釋放為受控制腐蝕。
參考圖2，噴霧裝置10具有噴霧塔12，在所述噴霧塔的頂部布置噴霧頭(未示出)。供料線14供應(yīng)前體配方到噴霧頭中，且氣體供應(yīng)線16通過加熱器或冷卻器18提供氣體到塔12中以供氣體撞擊從噴霧頭中流出的液滴物流。排放管線20喂入顆粒和廢氣到分離器22中，產(chǎn)物24在此分離且廢氣26從中流出。
正如所示的，氣體流與液滴物流并流。在另一布局中，氣體流可與進(jìn)入噴霧塔12下端部分并在噴霧塔上方的上端排放的氣體逆流。
噴霧頭(未示出)可以是在常規(guī)噴霧干燥中的噴嘴或者旋轉(zhuǎn)霧化器；或者，根據(jù)本發(fā)明，它是在WO94/20204中所述類型的聲音噴霧頭。
參考下述實施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
在樣品上進(jìn)行以下試驗堆積密度測量在水中的分散度SEM顯微照片殘留濕氣活性保持體均尺寸。
如下所述進(jìn)行試驗
堆積密度使用下述方法測量噴霧干燥的粒狀材料的堆積密度。稱取倒空的100ml燒杯。將粒狀材料加入到該燒杯中，然后用手敲打并搖動，引起顆粒沉降和壓實。重復(fù)這一步驟，直到?jīng)]有觀察到進(jìn)一步的體積變化。稱取現(xiàn)在的充滿的燒杯。從充滿的燒杯的重量減去倒空的燒杯的重量，獲得在燒杯中粒狀材料的重量，然后通過用重量(單位kg)除以10-4(以m3為單位的燒杯體積)，計算堆積密度。
在水中的分散度將約1g測量量的粒狀材料傾倒入含有100g軟化水的燒杯中，觀察它完全溶解的能力，或者相反，保持顆粒形式或者聚集成大塊，以及實現(xiàn)最終狀況所需的時間。
含水量測量材料內(nèi)的含水量可高度影響其物理與化學(xué)性能，從而引起例如其塑化，并因此降低其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在這些實施例中，進(jìn)行試驗，以測量在粒狀材料內(nèi)的殘留濕氣，以便能對所測量的活性成分保留率進(jìn)行合適的校正，其中所測量的活性成分保留率至少部分取決于這一變量。
使用Karl-Fisher水測量裝置，測量粒狀材料的含濕量，為了測定在粒狀材料用非水溶劑，例如乙醇中的含濕量，將100微升的乙醇注射到該裝置內(nèi)，并測量溶劑的含濕量。使用相同批次的溶劑，將測量量，約1mg的粒狀材料溶解在乙醇中，并將100微升該溶液注入到Karl-Fisher裝置內(nèi)，并測量溶劑的含濕量。當(dāng)在純?nèi)軇┲泻驮谌芤褐械乃恳阎胰芙夂妥⑸涞牧畈牧系拇_切重量已知時，可計算在樣品內(nèi)的殘留水分。
活性成分的保留率在每一試驗中，在蒸餾裝置內(nèi)，在250ml軟化水中分散15g粒狀材料，以及數(shù)滴硅(作為消泡劑)和一些煮沸碎片。加熱該混合物直到混合物沸騰。然后施加熱量到該混合物中，以維持它處于混合物的沸騰溫度下3小時。然后使該裝置冷卻到室溫，并使用精確的卡尺測量在蒸餾收集柱內(nèi)收集的油的高度，并使用下式計算所保留的油的百分?jǐn)?shù)％保留率＝[(Xml蒸餾液)(蒸餾液的比重)/(％w/w負(fù)載)(粒狀材料的干重)]×(100)(1.04)在該式中的(1.04)是殘留水分的校正因子，在這一實例中，為4％。
實施例1在這一實施例中，使用由美國National Starch & ChemicalCompany以商品名HI-CAP 100銷售的由玉米淀粉衍生的改性食品淀粉，制造本發(fā)明的粒狀材料。發(fā)現(xiàn)這一特定的產(chǎn)品特別地適合于以高的油負(fù)載包封調(diào)味劑、濁霧狀物(clouds)、維生素和調(diào)味料。
在這一實施例中，僅僅使用HI-CAP100制造粒狀材料。將HI-CAP100形成為分散液，然后對該分散液進(jìn)行噴霧工藝。按照推薦的工序制備分散液，以制備HI-CAP 100的分散液，亦即1.在充分?jǐn)嚢柘拢诃h(huán)境溫度下，在水中分散HI-CAP 100；2.優(yōu)選在攪拌下加熱該分散液到82℃，以確保HI-CAP 100完全分散；3.冷卻該溶液到環(huán)境溫度。
使用固體濃度為25％、35％和45％重量的HI-CAP 100，余量為水，制造數(shù)種分散液，表1中示出了分散液的細(xì)節(jié)。
然后使用圖2所圖示且更具體地在WO94/20204中所述的裝置，對每一分散液進(jìn)行噴霧工藝。表2中描述了每一樣品的入口和出口溫度以及射流數(shù)和尺寸的工藝條件。
所得粒狀材料樣品自由流動且沒有粉塵。
如上所述測量所得粒狀材料樣品的堆積密度，并在表3中示出了結(jié)果。
表1
表2
表3
如上所述測試所有樣品的分散度。所有的粒狀材料在數(shù)分鐘內(nèi)在水中充分分散，從而不存在可視量的粒狀材料，不管是原樣添加還是以塊料聚集。
現(xiàn)參考圖3-6。
顆粒尺寸范圍為250-500微米，這取決于所使用的噴嘴。
在圖3和4(分別是樣品1和2)中，顯示出粒狀材料的大致球形的形態(tài)，每一形態(tài)為大致球形的極限下。
在圖5中，顯示出大致球形的形態(tài)，且在圖6中顯示出空心微珠形態(tài)。
實施例2根據(jù)實施例1中所述的工序制造本發(fā)明的粒狀材料的進(jìn)一步的樣品，所不同的是將活性成分加入到該工藝中?；钚猿煞质浅扔?Givaudan橙油編號705820，Single Fold，Citrus Valley Blend，其獲自Givaudan，USA。在制造乳液中，在第3步之后，在合適的攪拌下添加橙油，將其分散在水/淀粉分散液中，然后使用Silverson混合器，對所述分散液進(jìn)行乳化工藝，生成油顆粒的數(shù)量級為1-2微米的乳液。表4中示出了在乳液中各組分的重量份。
表4
乳液的密度為1300kg/m3，粘度為0.15Pa.s，且表面張力為0.03N/m。
使用這些實施例，在表5中記錄的條件下生成顆粒。
所得顆粒樣品自由流動且沒有粉塵。
如上所述測定堆積密度、橙油保留率和殘留的含濕量，并在表6中示出了結(jié)果。
表5
表6
如上所述測試所有樣品的分散度。所有的粒狀材料在數(shù)分鐘內(nèi)在水中充分分散，從而不存在可視量的粒狀材料，不管是原樣添加還是以塊料聚集。
現(xiàn)參考圖7-11。
在圖7和8(樣品6)中，粒狀材料顯示出中空的球形形態(tài)，通過蒸發(fā)包封的油顆粒留下的孔隙在中空球顆粒的壁結(jié)構(gòu)內(nèi)清晰可見。
在圖9-11(樣品12)中，粒狀材料顯示出大致球形的形態(tài)，包封的油顆粒在大致球形的顆粒的壁結(jié)構(gòu)內(nèi)清晰可見。
在圖12-14中(樣品11)中，粒狀材料顯示出空心微珠形態(tài)，包封的油顆粒在空心微珠顆粒的壁結(jié)構(gòu)內(nèi)清晰可見。
實施例3重復(fù)實施例1，但使用由美國National Starch & Chemical Co.以商品名Tuk 2001銷售的改性淀粉，制造本發(fā)明的粒狀材料。下表7中給出了使用Tuk 2001淀粉材料制造的分散液樣品的細(xì)節(jié)。
還制備對比樣品20。
表7
*對比然后使用表8中所示的條件，根據(jù)本發(fā)明，對樣品18和19的分散體每一種進(jìn)行噴霧工藝。
使用來自Niro的旋轉(zhuǎn)輪霧化器，對樣品20進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴霧工藝，在所述霧化器內(nèi)，入口溫度為230℃，出口溫度為111℃，且旋轉(zhuǎn)輪速度為2000rpm。
所得顆粒樣品18和19自由流動且沒有粉塵。相反，樣品20粉塵極大且沒有自由流動。
表8
如上所述測量所得粒狀材料的堆積密度以及體均尺寸(VMS)和單分散度指數(shù)(MDI)，且在表9中示出了結(jié)果。
表9
*對比如上所述測試樣品的分散度。關(guān)于樣品18和19，所有的粒狀材料在數(shù)分鐘內(nèi)充分分散在水中，從而不存在可視量的粒狀材料，不管是原樣添加還是以塊料聚集。相反樣品20要花費相對長的時間，即45分鐘的數(shù)量級來分散，從而在該工藝中形成聚集體。
樣品18的粒狀材料基本上完全為空心微珠形態(tài)，而樣品19的粒狀材料基本上完全為更加致密的大致球形的形態(tài)。樣品20的粒狀材料顯示出混合形態(tài)。
實施例4使用與實施例3相同的Tuk 2001淀粉材料和獲自QuestFragrances，Ashford，Kent，GB的acord香料，重復(fù)實施例2。如表10所示制造乳液樣品。與實施例2中的乳液相反，通過稱取各成分放入罐內(nèi)，通過在線混合器循環(huán)各成分，形成預(yù)混物，然后使該預(yù)混物通過APV Rannie 2段高壓均化器，制備這些乳液。
表10
*對比然后，使用表11所示的條件，對乳液樣品21-24每一種進(jìn)行本發(fā)明的噴霧工藝。
對樣品25和26進(jìn)行如實施例3所述的旋轉(zhuǎn)噴霧工藝。對樣品27進(jìn)行雙流體噴嘴噴霧工藝，在所述工藝內(nèi)，使用加壓的空氣霧化該乳液。樣品27的運行條件是入口溫度＝230℃，出口溫度＝120℃，和空氣壓力＝2bar。
表11
所得顆粒樣品21-24自由流動，且沒有粉塵。相反，樣品25-27粉塵極大且沒有自由流動。
如上所述測量所得粒狀樣品的堆積密度，和單分散度指數(shù)(MDI)，并在表12中示出了結(jié)果。還測定重均粒度(WMS)并且還在表12中示出。通過使用網(wǎng)眼尺寸范圍為710-125微米的6個篩子篩分100g粒狀材料30分鐘，并在每一尺寸下對所得顆粒的重量分布作圖，以便能外推重均粒度，從而測定WMS。
表12
*對比如上所述測試樣品的分散度。關(guān)于樣品21-24，所有粒狀材料在數(shù)分鐘內(nèi)充分分散在水中，從而不存在可視量的粒狀材料，不管是原樣添加還是以塊料聚集。相反樣品25-27要花費相對長的時間，即35分鐘的數(shù)量級來分散，從而在該工藝中形成聚集體。
在圖15-19中示出了在實施例4中的樣品的形態(tài)?？煽闯?，圖15(樣品21)和16(樣品23)的顆粒顯示出非常窄的粒度分布的基本上完全的大致球形；樣品21的顆粒具有比樣品23的顆粒更加卷縮的外觀。樣品22非常類似于樣品21。
樣品24(圖17)顯示出非常窄的粒度分布的基本上完全的空心微珠形態(tài)。
相反，圖18(樣品25)和19(樣品27)顯示出混合形態(tài)和寬的粒度分布。樣品26非常類似于樣品25。
實施例5重復(fù)實施例2，但使用Capsul，一種獲自QuestFoods，Naarden，Holland的包封劑，麥芽糖糊精、糖和獲自QuestFoods的檸檬油。表13示出了乳液組成，其用量比例是重量份。所得乳液具有50％的固體濃度和0.15PA.s的粘度。
表13
然后使用表14中所示的條件，對乳液樣品28和29每一種進(jìn)行本發(fā)明的噴霧工藝。
表14
所得顆粒樣品28和29自由流動且沒有粉塵。
如上所述測量顆粒樣品28和29的分散度。所有粒狀材料在數(shù)分鐘內(nèi)充分分散在水中，從而不存在可視量的粒狀材料，不管是原樣添加還是以塊料聚集。
樣品28顯示出基本上完全的空心微珠的形態(tài)，而樣品29顯示出基本上完全的大致球形形態(tài)，該顆粒具有卷縮的外觀；這兩個樣品顯示出窄的粒度分布。
實施例6使用獲自British Drug Houses(BDH)的硫酸鎂，重復(fù)實施例1。表15中示出了該溶液；用量比例以重量份計。
然后使用表16中所示的條件，對樣品30的乳液進(jìn)行本發(fā)明的噴霧工藝。
表15
表16
所得顆粒樣品30自由流動且沒有粉塵。
如上所述測量所得顆粒樣品的堆積密度以及重均粒度(WMS)和單分散度指數(shù)(MDI)，并在表17中示出了結(jié)果。
表17
如上所述測試顆粒樣品30的分散度。所有粒狀材料在數(shù)分鐘內(nèi)充分分散在水中，從而不存在可視量的粒狀材料，不管是原樣添加還是以塊料聚集。
樣品30顯示出基本上完全的大致球形的形態(tài)且具有窄的粒度分布。
實施例7重復(fù)實施例1，但使用由Elotex，即美國National Starch &Chemical Co的分公司以商品名Elotex WRRP銷售的聚乙酸乙烯酯(PVA)。使用PVA和水配制乳液組合物，并在表18中示出。用量比例以重量份計。
表18
*對比然后使用表19所示的條件，對乳液樣品31進(jìn)行本發(fā)明的噴霧工藝。如實施例3所述，對乳液樣品32進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴霧工藝。
表19
與所得顆粒樣品32(它具有粉塵且沒有自由流動)相反，所得顆粒樣品31自由流動且沒有粉塵。
如上所述測量所得顆粒樣品的堆積密度以及重均粒度(WMS)和單分散度指數(shù)(MDI)，并在表20中示出了結(jié)果。
表20
圖20和21分別示出了這些樣品的形態(tài)。根據(jù)圖20可看出，表明樣品31具有基本上完全的空心微珠形態(tài)和窄的粒度分布，這與圖21中所示的對比樣品32所顯示的混合形態(tài)和尺寸相反。
權(quán)利要求
1.通過噴霧工藝制造的粒狀材料，其具有至少80％，優(yōu)選至少90％，和更特別地至少95％相同形態(tài)的顆粒，所述粒狀材料具有不大于1.2，優(yōu)選不大于1.0和更特別地不大于0.6的單分散度指數(shù)。
2.通過噴霧工藝制造的粒狀材料，其具有至少80％，優(yōu)選至少90％，和更特別地至少95％相同形態(tài)的顆粒，所述顆粒具有至少兩種組分，其中第一種組分是至少一種基體材料，和第二種組分是通過所述第一種組分保留的至少一種活性成分，且所述粒狀材料具有不大于1.2，優(yōu)選不大于1.0，和更特別地不大于0.6的單分散度指數(shù)。
3.權(quán)利要求1或2的粒狀材料，其中顆粒具有選自中空球形、大致球形、空心微珠和填充的多孔網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)。
4.前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，其中該顆粒的單分散度指數(shù)大于0.05，和更典型地大于0.1，且通常大于0.2。
5.前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，其包括基本上全部具有相同形態(tài)的顆粒。
6.前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，其包括體均粒度范圍為50微米-3000微米的顆粒。
7.權(quán)利要求6的粒狀材料，其包括平均粒度范圍為100微米-2000微米，和更特別地范圍為100微米-1000微米的顆粒。
8.權(quán)利要求6或7的粒狀材料，其包括平均粒度范圍為100微米-600微米，更特別地200微米-500微米的顆粒。
9.前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，它基本上沒有粉塵。
10.前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，它基本上不含體均粒度小于20微米的任何顆粒；更優(yōu)選基本上不含粒度小于50微米的任何顆粒；和特別是基本上不含體均粒度小于80微米的任何顆粒。
11.前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，其中顆粒是生物相容的。
12.權(quán)利要求11的粒狀材料，其中顆?；蝾w粒中的第一種組分選自糖、多糖、淀粉和甘油酯，特別是甘油二酯和甘油三酯。
13.前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，其中顆粒或顆粒中的第一種組分由其制造的材料是成膜性的。
14.權(quán)利要求13的粒狀材料，其中第一種組分選自聚乙酸乙烯酯和乙烯乙酸乙烯酯共聚物，其中包括它們彼此的混合物或者它們與其它材料的混合物。
15.權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2的前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，其中第一種組分形成材料網(wǎng)絡(luò)，所述材料網(wǎng)絡(luò)具有第二種組分保持在其內(nèi)的間隙。
16.權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2的前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，其中第二種組分選自與第一種組分相容的材料。
17.權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2的前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，其中顆粒中的第二種組分是二元或者更高階的顆粒。
18.權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2的前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，其中第二種組分包括25wt％-55wt％，更優(yōu)選30wt％-50wt％的顆粒。
19.權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2的前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，其包括第一種組分和第二種組分，所述第一種組分是選自糖、多糖、淀粉和甘油酯，特別是甘油二酯和甘油三酯中的至少一種基體材料，和第二種組分是通過所述第一種組分保留的至少一種活性成分，且為感官感知。
20.權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2的前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料，其包括第一種組分，所述第一種組分是至少一種成膜性聚合物基體材料。
21.制造前述任何一項權(quán)利要求的粒狀材料的方法，該方法包括從含所述粒狀材料的前體配方的液體本體中射出一排互相發(fā)散的射流，擾動該射流，引起其打碎成窄粒度分布的液滴物流，使這一排所得液滴物流與氣流接觸，以降低在每一物流內(nèi)液滴的聚結(jié)，并引起或允許液滴至少部分在飛行過程中固化，其中所述前體配方的密度范圍為800kg/m3-1700kg/m3，更優(yōu)選1000kg/m3-1700kg/m3，粘度范圍為0.01Pa.s-1Pa.s，更優(yōu)選范圍為0.06Pa.s-1Pa.s，和表面張力范圍為0.01N/m-0.72N/m，更優(yōu)選0.02N/m-0.72N/m，以及Ohnesorge Number的范圍為0.005-2.5，更特別地范圍為0.008-1，和其中液體射流的雷諾數(shù)(Rej)范圍為10-5000，更特別地范圍為10-2000。
22.權(quán)利要求21的方法，其中通過聲音振動，擾動發(fā)散的射流，引起其打碎。
23.權(quán)利要求22的方法，其中液滴生成所使用的韋伯頻率(fw)范圍為0.5kHz-100kHz。
24.權(quán)利要求21-23任何一項的方法，其中射流內(nèi)的流動為層流。
25.權(quán)利要求21-24任何一項的方法，其中當(dāng)顆粒包括第一種組分和第二種組分時，第一種組分是選自糖、多糖、淀粉和甘油酯，特別是甘油二酯和甘油三酯中的至少一種基體材料，且該方法包括Rej范圍為10-5000的液體射流，并使用范圍為2kHz-15kHz的fw生成液滴。
26.權(quán)利要求21-25任何一項的方法，其中當(dāng)顆粒包括第一種組分和第二種組分時，第一種組分是至少一種成膜性聚合物基體材料，和該方法包括Rej范圍為10-100的液體射流，并使用范圍為10kHz-100kHz的fw生成液滴。
27.權(quán)利要求21-25任何一項的方法，其中形成材料網(wǎng)絡(luò)包括Rej范圍為10-1000的液體射流，并使用范圍為2kHz-50kHz的fw生成液滴。
全文摘要
通過噴霧工藝制造的新型粒狀材料具有至少80％相同形態(tài)的顆粒。該粒狀材料還具有不大于1.2的單分散度指數(shù)。在優(yōu)選的粒狀材料中，顆粒具有至少兩種組分，第一種組分是基體材料，而第二種組分是通過所述第一種組分保留的活性成分。還公開了制造這種粒狀材料的方法。
文檔編號B01J2/04GK1894027SQ200480037718
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月17日
發(fā)明者C·C·菲安納卡, P·N·瑟雷爾福爾-霍爾米斯 申請人:帝國化學(xué)工業(yè)公司