如何用工艺流程来驯服顽固性成分

在目前流行的功能成分中,对天然来源如姜黄及其多酚,姜黄素的兴趣近年来不断增加。欧洲杯有奖竞猜这种香料不仅在烹饪界有需求,而且在消费者和科学应用方面都有很大的前景。2021欧洲杯竞猜软件1Hewlings和Kalman报告说,这是因为这种根状多年生植物的药用特性(姜黄),这一家族几千年来一直为人所知。2在亚洲国家,姜黄传统上被用作药用植物,因为它具有抗氧化、抗炎、抗诱变、抗菌和抗癌的特性。3 - 5这种广受欢迎的成分不仅用于食品、饮料和保健品,而且也用于化妆品。然而,其主要的配方挑战之一是其生物利用度差,这被认为是由于吸收有限,代谢和排泄迅速。6提高营养生物利用度的一种方法是添加某些药剂;以姜黄素为例,推荐使用胡椒碱。然而,这种来自胡椒的成分也会引起不适。

一个更有希望的解决方案是一种技术方法,专门优化所需物质的性质,以达到使用目的。Glatt Ingenieurtechnik是工厂工程和工艺开发方面的专家,专门从事此类问题。作为流化床技术的先驱,Glatt提供了灵活的工厂概念的可行性研究,使各种颗粒形成和功能化过程在连续和批处理模式。与提供专利配方诀窍(SpherAQ)的Sphera Encapsulation公司和对这种新型封装方法的开发做出贡献的Lipofoods公司一起,解决了一个具有挑战性的项目。

图2:用于生产无尘微球的Glatt喷流床技术(版权所有:Glatt)
图2:用于生产无尘微球的Glatt喷流床技术(版权所有:Glatt)

双重封装方法

如上所述,姜黄素补充剂和药物制剂的发展受到限制,因为化合物在水中的低溶解度和口服时相关的肠吸收不良。6此外,姜黄素还以其强烈的着色力和独特的味道而闻名(这并不总是受到消费者的欣赏)。此外,这种原料不能溶解在水溶液中,这限制了它在大多数食品和饮料中使用的能力(图1)。

新工艺是一种双重封装方法,首先为单个姜黄素颗粒添加功能性;然后,在第二步中,它增强了粒子的形成。在第一步中,使用一种创新的系统来生产微颗粒,该系统结合了生物可降解、高营养、蛋白质为基础的船体的优点,并确定了(小)颗粒大小,保证了透明度、在溶液中的高稳定性和良好的生物利用度。既不发生聚集现象,也不发生聚结现象,导致干扰效应。用于生产这些胶囊的技术是温和的,不涉及任何可能影响不稳定分子完整性的热应力。

包封后,姜黄素提取物在水中的溶解度大大提高(图1)。由于粒径小,分散在水中时的多分散性指数(PDI)较低,包封后的姜黄素溶液既透明又均匀。动态光散射(DLS)分析证实了其粒径为200-400 nm。除了体积小,高表面电荷(-30 mV)允许粒子在溶液中停留的时间比用简单的微乳液方法制成的胶囊产品更长。第二次封装-干燥步骤-使微胶囊分散,一层一层,成为稳定的颗粒。

克服溶解度问题

有许多方法可以用来干燥液体。因此,有必要评估最终产品的期望特性,以及优选粉末还是颗粒剂。这就引出了一个问题:该工艺对产品质量及其应用性能有什么影响?通常在高效喷雾塔中干燥中低固体浓度的液体,使用高温处理气体和极短的停留时间产生大量的粉末。然而,如果需要特定的产品特性,如堆积密度、良好的加药性能或改善溶解度,则需要进一步的工艺步骤。在这里,通常有效的喷雾干燥过程很快就变成了一个复杂的多级过程。

在这一点上,喷雾造粒-特别是喷床技术-提供了几个好处。(图2)通过连续雾化液体,无论它是溶液、分散液还是乳液,颗粒在流化床中形成并增长到所需的尺寸。形状、密度和其他性能可以通过改变操作参数来调整。在这个项目中,喷射床技术提供了显著的优点,停留时间更短,因此,在非常窄的公差内颗粒更小。此外,颗粒通过喷嘴的均匀运动使喷淋浆滴的最佳传热和干燥。所制得的致密球形颗粒(200-600 μ m)无尘、自由流动、易溶于水。

合作过程开发

Lubrizol生命科学公司(原名Lipofoods)与Sphera Encapsulation公司合作开发了姜黄素微胶囊。应用于这种分子的技术被称为SpherAQ,它能够创造出完全溶于水的高质量封装材料,并且可以在不添加任何味道或香味的情况下使用。

该工艺最初是在实验室规模开发的,其中一个挑战是协调各个工艺步骤,使其在时间和产量方面符合顺序。为此,必须评估中间产物的稳定性以及改变喷雾溶液参数对最终产物的影响。

在考虑将设备转移到生产设备之前,这种配置在中试规模下进行了多次测试。在这里,各种工艺步骤也必须适应更大的系统组件,以确保连续干燥过程既安全又高效。

除了产品的物理特性,姜黄素提取物也受益于这种创新的方法,在溶液中掩盖其味道和气味。对其生物活性特性进行了多项研究。

产生的颗粒的生物利用度首先在体外进行了评估,并在巨噬细胞(参与免疫反应的专门细胞,J774A.1)中得到了证实。一个由人肝癌细胞(HepG2)和人结直肠腺癌细胞(Caco2)形成的永生化细胞系,模拟肠道(图3)。一组健康志愿者摄入750毫克姜黄提取物和相应的姜黄素微胶囊;结果显示,在8小时的时间内,生物利用度和缓释增加了两倍(图4)。

此外,还测试了商品化的姜黄素(Curcushine)对抗皮肤细胞活性氧(ROS)的能力(与绿茶提取物相比,绿茶提取物是一种众所周知的抗氧化剂),结果发现它更有效(图5)。

为了这个产品的成功开发,各个合作伙伴之间的开放合作和信任是一个基本的必要条件。在过程开发过程中出现的问题和最终产品所需的特性不断挑战所有相关人员。有关技术、不同产量和系统的协调以及职业安全的问题都必须得到解决,以保证稳定的生产过程,最重要的是,保证产品质量的关键方面。逐步开发出一种封装技术,可用于多种产品,以提高生物利用度和货架期稳定性。双重封装方法的细节

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作者:古娟叮Glatt Ingenieurtechnik GmbH业务开发过程技术主管。弗朗西斯卡Zanoni,研发经理,Sphera Encapsulation。伊莎贝尔·戈麦斯Lubrizol, Lubrizol Life Science, Health,全球营销经理。最初发表于《营养商业评论》杂志,2021年8月号,HPCi Media Limited。

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