基于淀粉的軟膠囊和膜的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請為分案申請。其母案的申請日為2010年3月3日、母案的申請?zhí)枮?201080015848. 1、母案的發(fā)明創(chuàng)造名稱為"淀粉基軟膠囊及用于生產(chǎn)淀粉基軟膠囊的方法 和設備"
技術(shù)領域
[0002] 本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)淀粉軟膠囊的方法（具體來說涉及一種用于生產(chǎn)淀粉 軟膠囊的塑制方法）、所得軟膠囊和用于生產(chǎn)本發(fā)明軟膠囊的裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 軟膠囊用以包覆（例如）藥物活性成分、飲食產(chǎn)品和食品增補劑。軟膠囊的殼通常 主要由明膠組成，這就是膠囊往往也稱為軟膠膠囊的原因。盡管幾乎完全使用明膠，但這種 物質(zhì)具有很多缺點。明膠是動物來源的材料，因此明膠首次和瘋牛病（bovine spongiform encephalopathy ;BSE)危機一起成為反對和公開批評的對象。從那以后一直有研究集中于 基于植物的替代物。由于BSE危機，故在肉類丑聞復現(xiàn)的環(huán)境中，反復的新的反對一直存 在，并且大體上向素食方法的趨勢日益增長。因此，明膠膠囊對于素食主義者來說是不理想 的，并且明膠膠囊對于絕對素食主義者來說是不可接受的。由于明膠大部分是從屠宰場豬 的廢棄物獲得，故明膠膠囊對于需要符合猶太教規(guī)要求的潔凈食物或清真產(chǎn)品的消費者來 說，也是不可接受的。
[0004] 在軟膠囊領域中所期望的明膠取代物將優(yōu)選為植物來源，若要使所生產(chǎn)的膠囊具 有與已知明膠相同的性質(zhì)，那么替代性的原材料不應更加昂貴，工藝不應更加復雜和/或 昂貴，并且新技術(shù)應不需要較大投資。
[0005] 美國專利6, 770, 293號建議軟膠囊的殼應基于聚乙烯酯和聚酯的共聚物。然而， 這些共聚物是合成聚合物。另一方面，在軟膠囊領域中，希望用基于植物的替代性物質(zhì)來替 換之前占主導地位的明膠。
[0006] 美國專利5, 342, 626號描述不含明膠的軟膠囊的生產(chǎn)，所述不含明膠的軟膠囊基 于一混合物，所述混合物的基本成分為結(jié)冷膠、角叉菜膠和甘露聚糖。所描述的混合物具有 明膠的性質(zhì)，因此所述混合物在高溫下為液態(tài)，而在冷卻時形成膜。美國專利6, 949, 256號 也描述不含明膠的、基于角叉菜膠的軟膠囊的生產(chǎn)。以此方式所生產(chǎn)的軟膠囊確實是基于 植物起始材料，但以此方式所生產(chǎn)的軟膠囊具有以下缺點：角叉菜膠十分昂貴，并且角叉菜 膠被懷疑為有致癌性。此外，因為角叉菜膠的熔融物具有較高粘度，凝膠化速率較慢，所以 只能用一困難而靈敏的方法來生產(chǎn)相應的軟膠囊，因此角叉菜膠軟膠囊的性能必然不如明 膠軟膠囊。
[0007] 另一來源于植物源、用于生產(chǎn)軟膠囊的材料是淀粉。淀粉是比明膠便宜得多的原 材料。然而，由于淀粉水溶液必需使用較低的淀粉含量和較高的水含量，所以用于從淀粉水 溶液生產(chǎn)淀粉軟膠囊的塑制方法受到限制。經(jīng)變性或溶解的淀粉的混合物一般在淀粉含量 為5%時變得十分粘稠，以致于簡單的塑制方法至少是不可行的。造成淀粉粘稠的原因是淀 粉具有極高的分子量，分子量可高達100, 〇〇〇, OOOg/rnol。
[0008] 具有較高濃度淀粉的混合物還可以通過可選地使所使用的淀粉水解來塑制，以便 減小所述分子量并通過蒸煮和/或切變來溶解淀粉顆粒。然而，隨后在塑制中沒有獲得凝 膠化，所述溶液反而通過冷卻和緩慢干燥而逐漸固化，因此生產(chǎn)率仍然很低。此外，也沒有 獲得較好的軟膠囊機械性能，因為較長的淀粉高分子對于機械性能具有積極影響。例如，US 6, 375, 981號描述軟的塑制淀粉膠囊。所使用的水解淀粉是在導致淀粉顆粒完全破壞的條 件下蒸煮的。
[0009] 然而，淀粉軟膠囊通常是通過擠塑獲得的，擠塑需要昂貴的擠塑機。高粘度的均質(zhì) 淀粉熔融物由淀粉產(chǎn)生，所述淀粉通常在切變形式的機械能的影響下，在塑化作用中，以顆 粒形式存在于高于100°c的溫度下，并且這種淀粉熔融物隨后在高壓下通過槽孔式噴嘴，以 首先產(chǎn)生淀粉膜。由于輸入了較高的機械能，所以淀粉的分子量大大減小，這對于膜的機械 性能來說是缺點，此外，在噴嘴處進行的滴料供料工藝期間，高分子沿膜的縱向取向，所以 所述膜是各向異性的，這是進一步處理的缺點。在成形后，當?shù)矸勰D塑時，不存在凝膠化， 反而在成形后，膜的溫度下降，因此膜的強度稍微增加。此膜隨后經(jīng)進一步處理以形成軟膠 囊殼。
[0010] 例如，通過擠塑獲得均質(zhì)淀粉膜，由均質(zhì)淀粉膜產(chǎn)生的軟膠囊在EP 1 103 254 Bl 中已知。因為所需要的擠塑機和塑化的淀粉膜很難熔接，所以所述軟膠囊的制造較為復雜， 這就是需要較高熔接溫度的原因。所得膠囊性能較差，具體來說，所得膠囊在較低大氣濕度 下易碎。
[0011] 淀粉的變性是通過在水介質(zhì)中加熱淀粉而實現(xiàn)，其中變性程度隨著溫度的增加而 增加。如果淀粉顆粒同時經(jīng)受由剪切力引起的機械應力，那么在相同溫度下會獲得更大程 度的變性。如果淀粉顆粒的結(jié)晶性實質(zhì)上遭到破壞，那么即使較小的剪切力（諸如，存在于 淀粉混合物簡單混合和滴料供料工藝中的剪切力）也足以增加變性的程度，且實質(zhì)上破壞 膨脹的淀粉顆粒，此外，淀粉高分子的分子量可顯著減小。變性的程度可細分為以下階段：
[0012] 階段1 :淀粉的結(jié)晶性受到部分破壞；在偏光顯微鏡中為
[0013] 階段I. 1 :至多5 %的顆粒不再是雙折射的
[0014] 階段I. 2 :5-10%的顆粒不再是雙折射的
[0015] 階段I. 3 :10-20%的顆粒不再是雙折射的
[0016] 階段I. 4 :20-30%的顆粒不再是雙折射的
[0017] 階段I. 5 :30-40%的顆粒不再是雙折射的
[0018] 階段2 :淀粉的結(jié)晶性受到實質(zhì)破壞；在偏光顯微鏡中為
[0019] 階段2. I :40-50%的顆粒不再是雙折射的
[0020] 階段2. 2 :50-60%的顆粒不再是雙折射的
[0021] 階段2. 3 :60-80%的顆粒不再是雙折射的
[0022] 階段2. 4 :80-100%的顆粒不再是雙折射的
[0023] 階段3 :至多5%的顆粒是雙折射的
[0024] 階段3. 1 :1-10 %的顆粒破裂
[0025] 階段3. 2 :10-20 %的顆粒破裂
[0026] 階段3. 3 :20-30%的顆粒破裂
[0027] 階段3· 4 :30-50%的顆粒破裂
[0028] 階段3. 5 :50-70%的顆粒破裂
[0029] 階段3. 6 :70-100%的顆粒破裂
[0030] 破裂的淀粉顆粒的特征在于：淀粉顆粒的表面上具有破縫/裂縫，和/或以前相對 光滑的表面必定發(fā)生變形（例如，收縮的表面）。除仍以完整顆粒形式存在的淀粉微粒之 外，還可能存在分解成片段的淀粉微粒。然而，淀粉顆粒以及片段仍可辨別為實體。
[0031] 階段4 :未觀察到雙折射，并且淀粉顆粒遭到實質(zhì)破壞
[0032] 階段4. 1 :仍存在淀粉顆粒的片段，但淀粉大部分處于溶解形式
[0033] 階段4. 2 :淀粉完全地處于溶解形式
[0034] 在技術(shù)領域中對術(shù)語"變性淀粉"沒有一致的理解。此處變性淀粉指的是已經(jīng)至 多變性到階段4. 1的淀粉，即，淀粉仍至少部分處于微粒形式。
[0035] 所有由經(jīng)降解的淀粉溶液或經(jīng)擠塑的淀粉材料產(chǎn)生的淀粉軟膠囊的共同點在于： 淀粉的分子量大大減小，并且淀粉微粒已經(jīng)受到實質(zhì)的、完全的破壞。因此，根據(jù)以上提及 的公開US 6, 375, 981號和EP 1，103, 254 Bl所生產(chǎn)的軟膠囊實質(zhì)上僅含有變性階段為4. 2 的淀粉。
[0036] 本發(fā)明的目的是提供一種基于無爭議和有利的植物原材料的軟膠囊，所述軟膠囊 具有良好的機械性能，并且所述軟膠囊在生產(chǎn)上簡單并且節(jié)省成本。
[0037] 優(yōu)選地，可能使用標準的"旋轉(zhuǎn)模具"包膠法來產(chǎn)生本發(fā)明的軟膠囊。
[0038] 所述術(shù)語軟膠囊指的是整體上的軟膠囊（即，軟膠囊殼加上內(nèi)容物）以及單獨的 軟膠囊殼，并且所述術(shù)語軟膠囊在文中理解為指整體上的軟膠囊和/或相應的軟膠囊殼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0039] 根據(jù)本發(fā)明，通過一種用于生產(chǎn)基于淀粉的軟膠囊的方法來達成此目的，具體來 說是通過一種塑制方法，在所述方法中，包含淀粉的混合物（在所述混合物中，液相中高于 50重量百分比（wt%)的淀粉存在形式為顆粒狀淀粉的微粒）成形為膜，并且所述混合物 在此成形期間和/或此成形后通過溫度的升高（具體來說，升高多于5°C )而固化，并且軟 膠囊由此膜產(chǎn)生。
[0040] 優(yōu)選地通過一種用于生產(chǎn)基于淀粉的軟膠囊的方法來達成此目的，具體來說是一 種塑制方法，所述方法包含以下步驟：
[0041] -制備混合物，所述混合物包含：
[0042] a)淀粉，所述淀粉為扣除塑化劑后干燥混合物的> 40重量百分比，其中液相中高 于50重量百分比的淀粉的存在形式為顆粒狀淀粉的微粒；
[0043] b)塑化劑，所述塑化劑為干燥混合物的15-70重量百分比；
[0044] c)水，所述水為總混合物的15-90重量百分比；
[0045] d)可選地，增稠劑，所述增稠劑為扣除塑化劑后干燥混合物的至多50重量百分 比；以及
[0046] e)可選地，傳統(tǒng)的添加劑和輔料；
[0047] -使所述混合物成形，以在成形操作中形成膜；
[0048] -通過在成形操作期間和/或成形操作后將混合物的溫度升高多于5°C來使所述 混合物固化；以及
[0049] -使所述膜成形，以形成軟膠囊，所述軟膠囊包含變性淀粉的微粒。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明，淀粉的分子量并未顯著減小。因此，有可能產(chǎn)生具有尤其良好機械 性能的新膜、新的軟膠囊和干燥的軟膠囊。此外，另一方面，材料的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)也顯著地促 成了此結(jié)果，因為在固化溫度下形成的變性的顆粒狀淀粉微粒本身已經(jīng)具有某種強度和彈 性，這對新膜和新的軟膠囊以及干燥的軟膠囊的處理具有有利的影響。
[0051] 本發(fā)明有利的實施方式含于相關的權(quán)利要求書中。
[0052] 為達到淀粉膜的良好機械性能，淀粉的分子量和淀粉在起始混合物中相應比例的 量應足夠大。根據(jù)本發(fā)明，最初與淀粉的流動性相反的組合（即，低粘度）和高分子量是通 過以下事實達成的：在塑制混合物中淀粉以微粒的形式存在。那么，混合物的粘度主要是 通過水和塑化劑的粘度來測定的，因此混合物的粘度十分低。例如，包含總計近似35重量 百分比的水和35重量百分比的甘油的淀粉混合物（基于淀粉含量）即使在沒有壓力的情 況下，也可以塑制得很好?；旌衔锶绻哂邢嗤M分，但在所述混合物中，淀粉在成形之前 以經(jīng)變性、溶解或塑化的形式存在，那么所述混合物將具有至少高1000倍的粘度（即，大于 10, OOOPas)。例如，為使此混合物成形以形成膜，將需要高壓，諸如可通過擠塑機產(chǎn)生的高 壓?；蛘?，此混合物的水含量將必須增加到近似95 %，以便在沒有壓力的情況下混合物是可 塑制的。然而，隨后，在塑制后所述混合物將仍為液體（即使后續(xù)溫度升高），而非可經(jīng)進一 步處理成軟膠囊的、具有可用機械性能的膜。
[0053] 如果對所述淀粉混合物加熱，那么淀粉微粒會發(fā)生更大程度的膨脹和變性，其中 微粒結(jié)合水和塑化劑，膨脹并粘結(jié)在一起。獲得微粒的塊或團，即由淀粉微粒的混合物組成 的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)。
[0054] 接著可塑制混合物（以前為低粘度）的固化幾乎與溫度的升高同時發(fā)生，以形成 粘彈性固體材料，所述固化的特征在于典型的固體性質(zhì)（諸如，彈性模數(shù)），并且所述固化 發(fā)生的原因是水和塑化劑的液相消失（即，擴散進入淀粉微粒中），由于高分子的纏結(jié)，形 成淀粉微粒內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（即，凝膠結(jié)構(gòu)），并且所述微粒彼此粘結(jié)。可選地，微粒的粘結(jié) 仍可通過添加增稠劑來改善。
[0055] 混合物的固化理解為指代初級固化，其中存在顆粒狀淀粉的變性，即，淀粉的相轉(zhuǎn) 換和混合物性質(zhì)數(shù)量級的改變。此相轉(zhuǎn)換表現(xiàn)為塑制化合物/塑制材料的凝膠化，以形成 固態(tài)膜。此過程不需要除了淀粉之外的任何膠凝劑。在混合物發(fā)生初級固化后，存在通過 凝沉引起的次級固化（即，淀粉高分子的結(jié)晶），當經(jīng)初級固化的膜的溫度降低和/或膜的 水含量減少，和/或淀粉的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逐漸形成時，所述次級固化伴隨有物質(zhì)性質(zhì)的漸變。
[0056] 根據(jù)本發(fā)明，具有較高淀粉比例的淀粉混合物可使用簡單的塑制方法而處理成軟 膠囊。與相同量的淀粉以溶解形式存在的混合物相比，獲得具有低若干數(shù)量級的粘度的混 合物?；旌衔锕袒删哂懈邚椥院透哐由煨缘母飨蛲缘能浤z囊材料是通過升高溫度實現(xiàn) 的。在本發(fā)明的方法中，有利的是淀粉的分子量并未顯著減小。Mw2/Mwl的商優(yōu)選為> 0. 3， 更優(yōu)選為> 〇. 4,更優(yōu)選為> 0. 5,更優(yōu)選為> 0. 6,更優(yōu)選為> 0. 7,更優(yōu)選為> 0. 8,其中 Mwl為所使用的淀粉的重均分子量分布，并且Mw2為所產(chǎn)生的軟膠囊中淀粉的重均分子量 分布。此處應注意的是淀粉的分子量顯示對機械應力十分敏感的反應。例如，僅通過搖動 溶液便可適度減小所溶解的淀粉的分子量。
[0057] 可以用與明膠塑制方法幾乎相同的方式，將根據(jù)本發(fā)明要使用的淀粉混合物處理 成軟膠囊。因為可使用相同的設施和裝備，所以這