JP5923443B2 - 生物活性物質のマイクロカプセル化及びその製造方法 - Google Patents

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（関連出願の相互参照）
本出願は、２００９年３月２６日に米国特許商標庁に出願された米国仮出願第６１／１６３，７２８号に対する優先権を主張する。その内容は引用により全ての目的のために本願にも組み込まれるものとする。

本発明は、包まれた生物活性物質を熱、湿度、酸化、及び胃液浸入から保護するための、微粒子及びかかる微粒子の製造方法を提供する。

食品に機能性物質及び／又は薬品を組み込むことに伴う一般的な問題は、経時的な活性の喪失、食品製造プロセス中の分解、及び／又は生物の消化管を食品が通過する際の破壊である。製粉、混合、焼き、及び押出しのような、いくつかの食品プロセスの苛酷な環境によって、多くの生物活性物質は、完成食品になる前に破壊される恐れがある。これは、ほとんどの種類の従来の食品処理に影響されやすい酵素及びビタミンに特に当てはまる。従って食品業界では、生物活性化合物を、処理、貯蔵、及び胃の通過中の分解から保護する新しい組成物及び方法が常に求められている。

所望の生物活性化合物と、金属キレート化合物、表面活性剤、吸湿性成分等の他の食品要素との相互作用から、更に別の問題が発生する（Choe及びMin、２００６年）。生物活性物質の保持及び適切な放出を保護し向上させるための１つの方法は、カプセル化である。また、カプセル化は、生物活性物質を酸素、水、及び光から保護するため、並びに、生物活性物質を、様々な食品に容易に組み込むことができる流動性粉末に変換するためにも用いられる。過去何年にもわたり、タンパク質、炭水化物、及び固体脂肪を含む多くの異なる種類のバイオポリマー又は合成ポリマーを生物活性剤に被せるか又はこれを埋め込むために、様々な試みが行われている（Nissim G.、２００８年）。

多くのカプセル化方法は、タンパク質、糖、加工デンプン、及びゴム等の水溶性キャリア物質を利用する（ＰＣＴ／ＵＳ２００４／００４００３、ＷＯ２００４／０８２６６０）。典型的なカプセル化方法には、噴霧乾燥、気中懸濁コーティング、噴霧冷却及びチリング、共結晶、並びに遠心押出しが含まれる。しかしながら、これらの種類のカプセル化は、水を含むか又は高い水活性を有する食品の生物活性剤を保護するためには適切でない。なぜなら、カプセル化された生物活性物質は水を含む条件下で酸化し、その後劣化するからである。食品製造プロセス及び貯蔵の何らかの段階においてほとんどの食品の調製に水が関与するので、水溶性ポリマーでのカプセル化は、生物活性化合物の安定性を向上させるため、又は生物活性物質の保持を制御しそれらの放出をプログラム化された方法で誘導するためには、適用性が限られている。

高湿度環境における処理又は貯蔵中の活性喪失の問題を克服するために、固体脂肪の保護層を用いた水溶性粒子の脂肪カプセル化又はトップコーティングを用いることがある。固体脂肪を用いたコーティング方法の提案例には米国特許第４，３５０，６７９号がある。これは、ソフトゲルにカルナウバろうコーティングを塗布することを開示する。ろうコーティングの機能は、シェル強度及び水分抵抗を向上させることである。これについては米国特許第５，７８９，０１４号に記載されており、この場合、融点が４０℃と５０℃との間にある粉末又はペレットの形態のろうを、その融点より高い温度に加熱し、流動層コーティング装置においてコーティングするために用いた。

米国特許出願第２００６／００５１４２５号は、活性成分を多層コートでマイクロカプセル化するための方法を開示する。様々なろう及びゴムから成る多層コートは、処理、配合、及び貯蔵の期間全体を通して活性成分を保護し、活性成分の放出の制御を可能とする。米国特許出願第２００７／００４２１８４号は、固体脂肪の疎水性シェルマトリックス内に又はこれによってカプセル化された活性成分を含む水溶性ビードの噴霧冷却方法を開示する。しかしながら、これらの種類のマイクロカプセル化の主な問題として、従来の食品製造プロセス中に水を加えるとコートが容易に破裂することがある。脂肪コーティングの使用に伴う別の問題は、脂肪の融点よりも低い温度で処理される食品に制限されることである。例えば、このプロセスは、７０℃を著しく超える温度が生じる沸騰、焼き、噴霧乾燥、又は押出しを含む食品プロセスには適用することができない。なぜなら、コーティングの脂肪が液化し、その保護特性が失われるからである。

本発明の目的は、これらの問題を克服する、生物活性物質をカプセル化する組成物及び方法を提供することである。

本明細書に開示される本発明は、微粒子内に活性成分を高度に組み込むことを可能とし、この微粒子は熱及びせん断力に対して高度の耐性を示し、高い水活性環境において高安定性の粒子が望まれる。また、かかる微粒子は、腸の吸収性又は他の適切な領域において優れた放出運動を示すことが特に望まれる。

本発明の一態様は、生物活性物質と、凝集剤と、乳化剤及び食用固体脂肪の混合物と、を含む微粒子を提供する。

本発明の更に別の態様は、生物活性物質と、凝集剤と、乳化剤及び食用固体脂肪の混合物と、を含む微粒子であって、凝集生物活性物質に乳化剤及び固体脂肪の二重層コーティングを被せた微粒子を提供する。

本発明の更に別の態様は、生物活性剤含有コアを形成するための生物活性剤及び凝集剤の混合物を含む微粒子に関し、ここで、生物活性剤含有コアは第１及び第２の層に包まれ、第１の層は生物活性剤コアに隣接して位置し、かつ少なくとも1つの乳化剤を含み、第２の層は乳化剤層上に位置し、少なくとも固体脂肪化合物を含む。

本発明の更に別の態様は、流動性固体微粒子の製造方法に関する。この方法は、
生物活性物質を凝集剤と混合する工程；、
生物活性物質／凝集微粒子コアを形成する工程；
コアを少なくとも乳化剤と接触させることによって、コアを包む第１の層を形成する工程；及び
第１の層を、層状コアの表面で固化する少なくとも1つの固体脂肪に接触させる工程；
を含む。

生物活性コア上に配置された層によって、生物活性凝集コアのサイズは、生物活性凝集コアのサイズの少なくとも２倍に、より好ましくは２〜１０倍に大きくなる。好ましくは、微粒子は実質的に球形であるが、他の幾何学的形状も適用可能である。他の形状は、限定ではないが、棒状、三角形、楕円形、及び多面形を含む。

本発明の他の態様及び特徴について以下で更に詳細に説明する。

ビタミンＡ又はベータカロテン顆粒を含有する顆粒粒子の顕微鏡写真（２００Ｘ）を示す。二重コートの完全性及び安定性（ひび）について油脂内の粒子を観察した。 油脂混合２時間後の、内側層乳化剤を用いて及び用いないで調製した、コーティング微粒子の顕微鏡写真（４００Ｘ）を示し、粒子のひび防止における乳化剤層の価値を実証する。 模擬胃液（ｐＨ‐２）及び腸液（ｐＨ‐７．４）内のコーティングあり又はコーティングなしの顆粒からのカロテン色素の放出を示す。（Ａ）コーティングなしの粒子は胃液内で完全に溶解し、含有カロテンを胃液溶液内に放出した。（Ｂ）コーティングありの顆粒は胃液内でカロテンを保護したが、（Ｃ）腸液では完全に溶解し、色素を腸液溶液内に放出した。粒子は、模擬胃液（ｐＨ２）又は腸液（ｐＨ７．４）中で３７℃で２時間培養した。

定義
本明細書において用いる場合、「微粒子」は、乳化剤及び固体脂肪の二重層を被せた凝集生物活性物質から成る５０〜５０００ミクロンのサイズ範囲の乾燥粒子を指す。微粒子には、顆粒、ビード、ストランド、粒子、又は他のいずれかの固体蓄積物等、本発明の全ての微粒子が包含される。

「生物活性物質」は、広義には、任意の化合物又はその混合物であって、微粒子によって運ばれて、この化合物又は混合物が運ばれた生物に有益な結果を生じることができるものを含む。生物活性物質は、生きているか又は死んだ微生物、バクテリオファージ及びウイルス、可溶性又は、油相、粉末、もしくは他の固体の形態等の制限された可溶性を有する化合物とすることができる。「生物活性」という言葉は、限定ではないが、プロバイオティック微生物、ウイルス、バクテリオファージ、リポソーム、タンパク質又はペプチド（酵素、ワクチン、抗体、抗菌性ペプチド等）、抗生物質、病虫害防除剤、除草剤、殺菌剤、殺生物剤、殺藻剤、殺鼠剤、防カビ剤、殺虫剤、酸化防止剤、植物及び動物成長促進剤、植物及び動物成長抑制剤、防腐剤、機能性食品、消毒剤、滅菌剤、触媒、化学反応剤、発酵剤、食品、動物飼料、食品又は動物飼料サプリメント、栄養剤、調味料、着色料、染料、化粧品、薬品、ビタミン剤、不妊剤、繁殖力抑制剤、繁殖力促進剤、空気純化剤、微生物弱毒化剤、核酸（例えばＲＮＡ、ＤＮＡ、ペプチド核酸、ベクター、プラスミド、リボザイム、アプタマー、デンドリマー等）、及び作用部位で活性向上をもたらす他の薬剤を含む。

本明細書において用いる場合、「凝集」は、凝集剤を加えて外力を与えることによって微粒子をいっそう大きい粒子へと変形させるプロセスを指す。凝集の方法は、噴霧乾燥、パンコーティング、及び回転盤カプセル化（回転懸濁分離カプセル化としても知られる）、超臨界流体カプセル化、気中懸濁凝集、流動層凝集、噴霧冷却／チリング（マトリックス粒子化を含む）、押出し、遠心押出し、ペレットミル、小球状化、ヒドロゲル噴霧捕獲、及び当技術分野において既知の他の凝集方法を含むことができる。

本明細書において用いる場合、「凝集剤」は、凝集させる生物活性物質に対するいずれかの添加物であって、凝集粒子の結合力を生成するものを指す。凝集剤は、ブリッジ、膜、もしくはマトリックス充填物を形成するか、又は化学反応を引き起こす液体もしくは固体であることができる。その例は、水溶液、炭水化物、タンパク質、及びそれらの任意の組み合わせを含むことができる。炭水化物は、任意の糖であっても、単糖単位の長鎖から構成されてもよい。単炭水化物は、限定ではないが、単糖又は二糖グルコース、フルクトース、ガラクトース、スクロース、ラクトース、マルトース、マルトデキストリン、及びトレハロースを含む。複合糖質は、限定ではないが、寒天、アルギン酸塩、アラビノキシラン、カラギーン、カルボキシメチルセルロース、セルロース、キトサン、カードラン、ｂ−グルカン、グアルガム、アラビアゴム、イナゴマメゴム、リグニン、ペクチン、キサンサンガム、及びデンプン（天然又は加工されたもの）を含む。タンパク質は、動物又は野菜由来のいずれかの適切なタンパク質とすることができ、限定ではないが、ゼラチン、乳タンパク質、ゼインタンパク質、大豆タンパク質、小麦タンパク質（天然、分離、修飾、又は加水分解されたもの）を含む。

本明細書で用いる場合、「固体脂肪」は、微粒子又は微粒子を含有する食品を貯蔵する最終温度において固体形態に変わるいずれかの脂質又は脂質混合物であり、広義には、限定ではないが、植物、藻類、菌類、酵母菌、バクテリア、又は動物、並びに／或いは天然の炭水化物製品又は化学的手段によって製造された炭水化物製品からの、任意の油脂及び脂肪を含む。固体動物性油脂及び脂肪は、牛脂（融点３５〜３８℃）、羊脂（融点４０〜４５℃）、バター、コレステロールエステル、ステアリン（融点４９〜７５℃）、及びステアリン酸（融点７１℃）を含む。固体植物性油脂は、水素添加油脂、ココナツオイル、ココナツバター、ココアバター、ココアバターの均等物、及び植物ステロールエステルを含む。天然ろうは、カルナウバろう（融点７８〜８１℃）、キャンデリアろう（融点６８℃）、蜜ろう（融点６０〜６３℃）、鯨ろう精液油脂（融点４２〜４９℃）、木ろう、ホホバオイル、及び硬化ホホバオイル（融点３０〜４０℃）を含む。炭化水素（非鹸化性）は、パラフィンろう（融点３５〜３６℃）、モンタンろう（融点７６〜８４℃）、セレシンろう（融点６０〜８５℃）を含む。脂質の最終融点は、異なる融点の２つ以上の脂質を混合することによって操作することができる。液体油脂は、水素添加によってほぼ室温で固体脂肪に変換することができ、単独で、又は他の液体もしくは固体の脂質との混合物で用いることができるが、但し、微粒子又は微粒子を含有する食品が維持される温度において最終脂質が固体であることを条件とする。

本明細書において用いる場合、「乳化剤」は、親油性要素及び親水性要素から成る分子を指す。典型的な乳化剤の例は、レシチン、モノグリセリド、ジグリセリド、リン酸モノグリセリド、モノグリセリドのエステル、モノグリセリドの琥珀酸エステル、モノグリセリドのジアセチル酒石酸エステル、脂肪酸のスクロースエステル、脂肪酸のプロピレングリコールエステル、脂肪酸のソルビタンエステル、脂肪酸のポリグリセロールエステルである。

本明細書において用いる場合、「酸化防止剤」は、フリーラジカル反応鎖を中断させる化合物を指す。かかる酸化防止剤の典型的な例は、アミノ酸（例えばグリシン、ヒスチジン、チロシン、トリプトファン）及びそれらの誘導体、カロテノイド（例えばアスタキサンチン、ゼアキサンチン、ルテイン等）、カロテン（例えばα−カロテン、β−カロテン、リコピン等）及びそれらの誘導体、リポ酸及びその誘導体（例えばジヒドロリポ酸）、キレート化合物（例えばα−ヒドロキシ脂肪酸、パルミチン酸、フィチン酸、ラクトフェリン等）、α−ヒドロキシ酸（例えばクエン酸、乳酸、リンゴ酸等）、フミン酸、胆汁酸、胆汁抽出物、ビリルビン、ビリベルジン、ＥＤＴＡ、ＥＧＴＡ及びそれらの誘導体、葉酸及びその誘導体、ユビキノン及びユビキノール及びそれらの誘導体、ビタミンＣ及びその誘導体（例えばアスコルビン酸パルミテート、リン酸アスコルビルＭｇ、アスコルビン酸アセテート等）、トコフェロール及び誘導体（例えばビタミンＥアセテート）、ビタミンＡ及び誘導体（例えばビタミンＡパルミテート）、亜鉛及びその誘導体（例えばＺｎＳＯ_４）、セレン及びその誘導体（例えばセレニウムメチオニン）、及び天然の酸化防止剤（例えばローズマリー、セージ、オレガノ、タイム、ジンジャー、サマーセイバリー、ブラックペッパー、レッドペッパー、クローブ、マジョラム、バジル、ペパーミント、スペアミント、一般的なバーム、フェンネル、パセリ、シナモン、クミン、ナツメグ、ガーリック、コリアンダー）である。

本発明は、食品処理及び貯蔵中に生物活性物質を保護する組成物及び前記組成物の生成方法を提供する。具体的には、本発明は、凝集剤及び生物活性物質から成るコアを含み、乳化剤及び固体脂肪の二重層に覆われた微小カプセルを提供する。コア粒子に保護され、乳化剤リッチな内側層と固体脂肪の外側層とから成る二重層でコーティングされた生物活性物質は、著しく安定性が高く、親水性及び疎水性の双方の相において損傷を受けないことが予想外に発見された。

本発明の一態様は、生物活性物質及び凝集剤を含む組成物であり、この組成物における凝集剤の濃度は生物活性物質の約１重量％〜約５０重量％である。好適な実施形態において、この組成物における凝集剤の濃度は生物活性物質の約２重量％〜約２０重量％である。本発明における使用に適した様々な生物活性物質がある。一般に、生物活性物質は少なくとも１つの生物活性物質を含む。本発明における使用に適した様々な凝集剤がある。一般に、凝集剤は少なくとも１つの炭水化物又はタンパク質を含む。炭水化物は、単炭水化物又は糖の長鎖から成る複合炭水化物とすることができる。タンパク質は、動物又は植物由来の（天然、分離、修飾、又は加水分解されたもの）いずれかの適切なタンパク質とすることができる。

組成物を調製するため、炭水化物又はタンパク質溶液を生物活性物質に接触させて、５０〜５０００ミクロンのサイズ範囲で乾燥凝集微粒子を形成する。次いで、凝集微粒子を、熱風乾燥、噴霧乾燥、凍結乾燥、又は真空蒸発等の当技術分野において周知の技法によって乾燥させる。次いで、凝集粒子を、乳化剤リッチ内側層及び固体脂肪リッチ外側層から成る二重層でコーティングする。本発明の典型的な微粒子を図１に示す。

本発明における使用に適した様々な乳化剤がある。一実施形態では、乳化剤は、レシチン等のリン脂質の混合物とすることができる。レシチンの市販のソースは、大豆、米、ヒマワリの種、卵黄、及び乳脂肪を含む。レシチンは、本質的に純粋なリン脂質の混合物となるように脱油し処理することができる。また、レシチンを修飾して、リン脂質を更に水溶性とすることができる。修飾には、水酸化、アセチル化、及び酵素処理が含まれ、この場合、脂肪酸の１つはホスホリパーゼ酵素によって除去されてヒドロキシル基によって置換される。

本発明における使用に適した様々な固体脂肪がある。一般に、固体脂肪は、単純な動物性又は植物性固体油脂及び脂肪並びに天然のろうとすることができる。好適な実施形態では、固体脂肪の融点は少なくとも４０℃であり、好ましくは６０℃を超える。固体脂肪の最終的な融点は、異なる融点を有する２つ以上の脂肪を混合することによって操作することができる。液体油脂は、水素添加によって固体脂肪に変換することができ、単独で、又は他の液体もしくは固体の脂肪との混合物で用いることができるが、微粒子又は微粒子を含有する食品が維持される温度で流動性粉末を形成することが条件である。

また、組成物は、生物活性物質を更に安定化させると共にその酸化を防止するための酸化防止剤から成ることも可能である。本発明における使用に適した様々な酸化防止剤がある。酸化防止剤の濃度は、凝集粒子の約０．００１重量％〜約１重量％、内側層の約０．０１重量％〜約１０重量％の範囲とすることができる。

更に別の実施形態においては、二重層コーティングに結合剤及び潤滑剤も含ませることができる。この例は、ステアリン酸、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、又は他の金属性ステアリン酸、タルク、ろう及びグリセリド、鉱油、ＰＥＧ、ベヘン酸グリセリル、コロイド性シリカ、コーンスターチ、ポリエチレングリコール、硫酸アルキル、安息香酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等を含む。

二重層における固体脂肪に対する乳化剤の比は、乳化剤及び固体脂肪の性質に応じて異なる。具体的には、内側層の乳化剤の濃度は、微粒子又は微粒子を包含する食品が維持される温度で内側層の堅さを維持するために必要な充分量のものとする。乳化剤の濃度は一般に、内側層の約５重量％〜約５０重量％の範囲である。一実施形態において、乳化剤の濃度は、内側層の約５重量％〜約３０重量％の範囲とすることができる。別の実施形態では、乳化剤の濃度は内側層の約５重量％〜約２０重量％の範囲とすることができる。好適な実施形態においては、乳化剤の濃度は内側層の約２０重量％〜約４０重量％の範囲とすることができる。

特定の実施形態において、外側層の融点は実質的に内側層の融点よりも高い。具体的には、外側層は主として高い融点を有する固体脂肪から成る。好適な実施形態では、外側層は、約５５℃〜約８５℃の融点を有する水素添加油脂、天然又は炭化水素ろうから成る。

本発明の微粒子を形成するには、概して、まず生物活性物質を凝集させて、微細な粒子の物質を、トップコーティングが可能な所望の平均粒子サイズへと変換する。粒子物質の中には、凝集に必要な粒子付着を与えるのに充分な固有の粘着性又は接着性の特徴を示すものがあるが、凝集剤を含有する溶液に物質を接触させて、多量の粒子を攪拌した場合に粒子付着を促進することが長く慣習的に行われている。凝集剤溶液は通常、噴霧又は霧として塗布し、この後で凝集生成物を乾燥させて、凝集のために追加した水分を除去する。

本発明における好適な凝集剤は炭水化物又はタンパク質である。炭水化物の例は、限定ではないが、糖、デンプン、ゴム、又はそれらの組み合わせを含む。タンパク質の例は、限定ではないが、ゼラチン、乳タンパク質、ゼインタンパク質、及び植物性タンパク質、又はそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの酸化防止剤を混合物に追加することができる。単炭水化物を含む実施形態では、約５％〜５０％の糖から構成される溶液を形成することができる。一実施形態では、溶液内の単炭水化物の濃度は約２０重量％〜約３０重量％の範囲とすることができる。複合炭水化物を含む実施形態においては、約０．５％〜１０％の複合炭水化物から成る溶液を形成することができる。一実施形態では、溶液内の複合炭水化物の濃度は約１重量％〜約５重量％の範囲とすることができる。タンパク質を含む実施形態においては、約１％〜５％のタンパク質を含む溶液を形成することができる。好適な実施形態では、凝集剤は単炭水化物及び複合炭水化物の混合物であり、少なくとも１つの追加の酸化防止剤を更に含むことができる。

凝集微粒子を製造するため、凝集剤溶液を通常は噴霧又は霧として塗布して、攪拌した生物活性物質との接触を可能とし、５０〜５０００ミクロンのサイズ範囲で凝集微粒子を形成する。次いで凝集微粒子を、空気乾燥、噴霧乾燥、凍結乾燥、又は真空蒸発等の当技術分野において周知の技法によって乾燥させる。これによって得られた凝集微粒子は、実質的に水を含まない。この時点で、生物活性物質は炭水化物及び酸化防止剤において部分的に安定化されているが、水と接触すると容易に溶解する。

本発明の組成物に対して実質的に耐水性の環境及び熱保護を与えるため、乳化剤リッチ内側層及び固体脂肪リッチ外側層から成る二重層コーティングを用いる。一実施形態において、内側層の乳化剤の濃度は、微粒子又は微粒子を含有する食品を維持する温度で固体層を設けるのに充分な量とする。一実施形態では、内側層は実質的に水を含まない組成物であり、固体脂肪、乳化剤、及び酸化防止剤の混合物を含む。好適な実施形態において、内側層は水素添加油脂又は天然のろう、レシチン又はモノグリセリド、及びトコフェロール又はハーブ抽出物を含む。油脂混合物を、その融点よりわずかに高い温度に加熱し、一定の攪拌のもとで凝集微粒子に噴霧する。微粒子の合計質量が初期重量の１０％〜２５％増えるまで、内側層コートを塗布する。１つの好適な実施形態では、微粒子の合計質量が初期重量の１５％〜２０％増えるまで内側層コートを塗布する。

更に別の実施形態においては、実質的に水を含まない外側層を設ける。外側層コートは食用の高融点固体脂肪を含む。外側層の融点は実質的に内側層の融点よりも高い。本発明の好適な実施形態において、外側層は、融点が約６０℃〜約８５℃の水素添加油脂、天然のろう、又は炭化水素ろうから成る。特に好適な実施形態では、食用固体脂肪を、可塑剤（例えばステアリン酸、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、又は他の金属性ステアリン酸、タルク、ろう、及びグリセリド、鉱油、ＰＥＧ、ベヘン酸グリセリル、コロイド性シリカ、コーンスターチ及びデンプンの誘導体、ポリエチレングリコール、硫酸アルキル、安息香酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等）と組み合わせる。固体脂肪混合物を、その融点よりもわずかに高い温度に加熱して、一定の攪拌のもとで内側層がコーティングされた凝集微粒子に均一に噴霧する。微粒子の合計質量が初期重量の２０％〜６０％増えるまで、内側層の上に外側層コートを順次塗布する。好適な実施形態では、微粒子の合計質量が初期重量の３０％〜５０％増えるまで外側層コートを塗布する。

いずれの特定の理論にも縛られることなく、二重層コートによって、微粒子は水に不溶性となると共に破裂耐性を付与される。図２は、粒子の安定性に対する乳化剤リッチ内側層コートの影響を実証する。高い水活性を含む食品処理において微粒子を用いた場合、二重層コートは水分に対する実質的なバリアとして作用し、これによってコアの生物活性物質を保護し安定化させる。また、これは、生地の調製及び焼きに伴う熱及びせん断露呈から生物活性物質を維持し保護する。かかる条件のもとでは、この層はコアの生物活性物質（すなわち炭水化物複合体）の上で溶けて崩壊し、これによって熱及び水分からの実質的な保護をなお与える。

本発明の微粒子を作り出すために、いくつかの方法を用いることができる。凝集の方法は、噴霧乾燥、パンコーティング、及び回転盤カプセル化（回転懸濁分離カプセル化としても知られる）、超臨界流体カプセル化、気中懸濁凝集、流動層凝集、噴霧冷却／チリング（マトリックス粒子化を含む）、押出し、遠心押出し、ヒドロゲル噴霧捕獲、及び他の当技術分野において既知の凝集方法を含むことができる。

本発明の一態様において、同じカプセル化方法を順次用いて本発明の微粒子を生成することができる。かかるカプセル化方法は、回転懸濁又は気中懸濁プロセスを利用することができる。この場合、上方に動く空気流の中で回転又は懸濁させながら、生物活性物質を最初に凝集させ、加熱した空気流で乾燥させ、次いで乳化剤リッチな内側層から開始して二重層コートを塗布し、最終的な高融点固体脂肪外側層を順次塗布する。回転及び気中懸濁カプセル化の方法は当技術分野において周知である（Gustavo等、２００６年；Shafiur R. M.２００７年）。

本発明の一態様においては、限定ではないが、乳製品又は液体飲料食品（例えばヨーグルト、チーズ、アイスクリーム、ホイップクリーム、サワークリーム、乳、豆乳、ライスミルク、果物及び野菜飲料、栄養補給飲料、エネルギードリンク、及び液体乳児用調合乳）、乾燥焼き製品（例えば朝食用シリアル、ポテトチップ、パン、ケーキ、パイ、クッキー、ビスケット、グラノーラバー、栄養補給バー、チョコレート製品、栄養補給サプリメント、及び医薬品製剤）、並びに加工肉及び肉類似製品を含む肉等の任意の食品においても、微粒子を用いることができる。また、食品は、生物活性物質微粒子を加えた缶詰食品とすることも可能である。

更に別の実施形態においては、本発明の微粒子を動物用の飼料製品で用いることができる。動物は、コンパニオンアニマル、農耕用動物、又は水生生物でありうる。飼料は、ペレット、押出し、噴霧コート、トップコーティング、又は他のいずれかの方法によって形成することができる。

本発明の範囲から逸脱することなく、上述の組成物、製品、及び方法に様々な変更を加えることができるので、上述の記載及び以下に与える実施例に含まれる全てのものは限定の意味でなく例示として解釈されることが意図される。

以下の実施例によって本発明の様々な実施形態を例示する。

実施例１．ビタミンＡ微粒子の流動層調製

１００ｇの温水（４０〜６０℃）に１０ｇのスクロース及び１ｇのアラビアゴムを溶かして凝集溶液を調製した。これに５０ｍｇのクエン酸ナトリウムを加え、溶液を室温に冷却した。送風機、可変空気速度、及び可変熱制御を備えた改変流動層乾燥機／グラニュレータ／コータシステム（Fluid Airモデル２、最大２リットル動作容量）中で、１０００ｇの微粉末ビタミンＡパルミテート（ＢＡＳＦ（ニュージャージー州フローラムパーク）、粒子サイズは０．５ミクロン〜１０ミクロンの範囲）を凝集させるため、凝集溶液を微細霧で約５分間、２流ノズルを用いて空気圧２０ｐｓｉ及び液体速度約４ｍｌ／分でトップスプレーした。この結果得られた凝集粒子を、流動層乾燥機において、５０℃〜６０℃の範囲の乾燥温度を用いて３パーセント未満の残り水分レベルまで空気乾燥させた。次いで、乳化剤リッチ内側層のトップスプレーから始めて二重層コートを塗布し、粒子の質量が最初の質量の２０％増えるまで行った。内側層は、４０％（ｗ／ｗ）の大豆レシチン（Archer Daniels Midland Company（イリノイ州ディケーター））、５５％（ｗ／ｗ）の水素添加大豆油（１７ステアリン、Loders Croklan（イリノイ州チャナホン））、及び５％（ｗ／ｗ）のローズマリー抽出物（OxyLess、Naturex（ニューヨーク州ママロネック）から構成された。次いで、粒子の質量が最初の質量の４０％増えるまで、固体脂肪リッチ外側層を順次塗布した。外側層は、１００％水素添加ヤシ油（２７ステアリン、Loders Croklan（イリノイ州チャナホン））から構成された。水素添加ヤシ油の温度は、噴霧プロセス全体を通して７０℃に維持し、粒子温度は約４０℃に維持した。最終ステップは、微粒子を冷却し、微粒子を収集して５０〜４５０ミクロンの間のサイズ範囲にふるい分けることを含んだ。図１は本発明の典型的な微粒子及びそれらの油脂溶液中の保持安定性を示す。

また、微粒子はバッチプロセスで生成することも可能である。この場合、乾燥させた凝集微粒子を採取して所望のサイズにふるい分け、次いでコーティングのために流動層乾燥機に戻す。

実施例２．ビタミンＡ微粒子のパンコーティング調製方法

製薬業界においてタブレットをコーティングするために一般的に用いられるようなコーティングパンを用いて、実施例１で記載した凝集溶液により、ビタミンＡパルミテート（ＢＡＳＦ（ニュージャージー州フローラムパーク））を凝集させた。パンを６０〜７５ＲＰＭで回転するように設定した。２流ノズルを熱風供給装置に接続し、１５〜２５ｐｓｉ間で調節した。レシチン（４００ｇ）及びOxyLess（登録商標）（５０ｇ）を、５５０ｇの１７−ステアリンに７５℃で溶かした。溶融レシチン／酸化防止剤／固体脂肪溶液を、約６ｍｌ／分の速度でノズルの液体側に供給した。パンに温風（４０℃）を送風して均一なコーティングを容易にした。内側層コーティングの１５％が堆積されるまで、レシチン／酸化防止剤／固体脂肪溶液を噴霧した。次いでコーティング溶液を１００％溶融１７−ステアリンに変更して、外側層コーティングを更に３０％塗布した。次いで微粒子を室温に冷却させてふるい分け、５０μｍ〜４５０μｍの間の微粒子部分を収集した。

また、微粒子はバッチプロセスで生成することができる。この場合、乾燥させた凝集微粒子を採取して所望のサイズにふるい分け、次いでコーティングのためにコーティングパンに戻す。

実施例３．微粒子内のビタミンＡ、Ｄ３、及びＫ１混合物のカプセル化

９２％のビタミンＡパルミテート、０．５％のビタミンＤ_３、及び７．５％のビタミンＫｉ（Sigma-Aldrich Co.（ミズーリ州セントルイス）から市販されている）を含有するビタミン混合物を凝集させ、実施例１又は２に記載したような流動層乾燥機又はコーティングパン中で二重層をコーティングした。凝集溶液は、１０％（ｗ／ｗ）のマルトデキストリン、２％（ｗ／ｗ）のカルボキシメチルセルロース、及び０．５％（ｗ／ｗ）のＢＨＴから構成された。内側層は、４０％（ｗ／ｗ）の大豆レシチン、５０％（ｗ／ｗ）の１７−ステアリン、及び１０％（ｗ／ｗ）のOxyLessから構成された。外側層は、９０％（ｗ／ｗ）の２７−ステアリン及び１０％（ｗ／ｗ）の蜜ろう（Frank B. Ross Co.（ニュージャージー州ローウェー））から構成された。

実施例４．微粒子内の鉄鉱物のカプセル化

硫酸鉄（Sigma-Aldrich Co.（ミズーリ州セントルイス）から市販されている）を凝集させ、実施例１又は２に記載したような流動層乾燥機又はコーティングパン中で二重層をコーティングした。凝集溶液は、１０％（ｗ／ｗ）のマルトデキストリン、２％（ｗ／ｗ）のアルギン酸ナトリウム、及び０．５％（ｗ／ｗ）のアスコルビン酸（全てSigma-Aldrich Co.（ミズーリ州セントルイス）から）から構成された。内側層は、４０％（ｗ／ｗ）のモノグリセリド（Cognis GmbH（ドイツ、マンハイム））、５０％（ｗ／ｗ）の１７−ステアリン、及び１０％（ｗ／ｗ）のα−酢酸トコフェリル（Sigma-Aldrich Co.（ミズーリ州セントルイス））から構成された。外側層は、９０％（ｗ／ｗ）の２７−ステアリン及び１０％（ｗ／ｗ）の蜜ろう（Frank B. Ross Co.（ニュージャージー州ローウェー））から構成された。

実施例５．微粒子内の消化酵素のカプセル化

パンクレアチン（Sigma-Aldrich Co.（ミズーリ州セントルイス）から市販されている）を凝集させ、実施例１又は２に記載したような流動層乾燥機又はコーティングパン中で二重層をコーティングした。凝集溶液は、１０％（ｗ／ｗ）のマルトデキストリン、２％（ｗ／ｗ）のアラビアゴム、及び０．５％（ｗ／ｗ）のアスコルビン酸（全てSigma-Aldrich Co.（ミズーリ州セントルイス）から）から構成された。内側層は、３０％（ｗ／ｗ）のレシチン（Archer Daniels Midland Company（イリノイ州ディケーター））、６０％（ｗ／ｗ）の水素添加大豆油脂（１７−ステアリン、Loders Croklan（イリノイ州チャナホン））、及び１０％（ｗ／ｗ）のローズマリー抽出物（OxyLess、Naturex（ニューヨーク州ママロネック））から構成された。外側層は、１００％水素添加ヤシ油（２７ステアリン、Loders Croklan（イリノイ州チャナホン））から構成された。

実施例６．微粒子内のタンパク質ホルモンレプチンのカプセル化

レプチン（Sigma-Aldrich Co.（ミズーリ州セントルイス）から市販されている）を、１％（ｗ／ｗ）のキトーサン及び１％（ｗ／ｗ）のアルギン酸塩を含有する溶液によって凝集させた。凝集粒子を、実施例１又は２に記載したような流動層乾燥機又はコーティングパン中で二重層コーティングした。内側層は、３０％（ｗ／ｗ）のレシチン（Archer Daniels Midland Company（イリノイ州ディケーター））、６０％（ｗ／ｗ）の水素添加大豆油脂（１７−ステアリン、Loders Croklan（イリノイ州チャナホン））、５％（ｗ／ｗ）のローズマリー抽出物（OxyLess、Naturex（ニューヨーク州ママロネック））、及び５％のα−酢酸トコフェリルから構成された。外側層は、１００％水素添加ヤシ油（２７ステアリン、Loders Croklan（イリノイ州チャナホン））から構成された。

実施例７．微粒子内のビタミンＢ複合体のカプセル化

ビタミンＢ１（チアミンＨＣＬ）、ビタミンＢ２（リボフラビン）、ビタミンＢ６（ピリドキシンＨＣＬ）、ビタミンＢ１２（シアノコバラミン）、パントテン酸塩カルシウム、葉酸、ビオチン、コリン、及びイノシトール（全てSigma-Aldrich Co.（ミズーリ州セントルイス）から市販されている）を含有するビタミンＢ複合体の粉末混合物を凝集させ、実施例１又は２に記載したような流動層乾燥機又はコーティングパン中で二重層コーティングした。５００ミクロン〜１０００ミクロンの間のサイズ範囲の球状粒子が得られるまで粉末混合物を凝集させた。凝集溶液は、５％（ｗ／ｗ）のカゼインナトリウム、２％（ｗ／ｗ）のアラビアゴム、及び０．５％（ｗ／ｗ）のアスコルビン酸（全てSigma-Aldrich Co.（ミズーリ州セントルイス）から）から構成された。内側層は、４０％（ｗ／ｗ）のモノグリセリド（Cognis GmbH（ドイツ、マンハイム）、５０％（ｗ／ｗ）の１７−ステアリン、及び１０％（ｗ／ｗ）のα−酢酸トコフェリル（Sigma-Aldrich Co.（ミズーリ州セントルイス））から構成された。外側層は、９０％（ｗ／ｗ）の２７−ステアリン及び１０％（ｗ／ｗ）の蜜ろう（Frank B. Ross Co.（ニュージャージー州ローウェー））から構成された。

実施例８．油脂内の微粒子からのカロテンの放出運動

本発明の微粒子におけるカロテンの保護を実証するため、実施例２に記載したように天然アスタキサンチン（Cyanotech（ハワイ州カイルア−コナ））をカプセル化した。大豆油脂を含有する容器内で、低濃度（０．５ｇ／１０ｍｌ）及び高濃度（１ｇ／１０ｍｌ）で微粒子を混合し、１５０ＲＰＭで１又は２．５時間振り混ぜ、ろ過した油脂のＯＤ_４７５を測定した。表１は、コーティングなし及びコーティングありの顆粒から油脂溶液への色素の放出を示す。カロテノイドは、コーティングなしの粒子から油脂へと完全に放出されたが、二重コーティング粒子では全体的に維持された。カロテンは、高温（１００℃）に短時間露呈させた後のみ、二重コーティング顆粒から完全に放出された。

大豆油脂中のカプセル化なし及びカプセル化ありのカロテン（アスタキサンチン）の放出運動を、４７５ｎｍにおける光学密度により測定した。カプセル化した粒子は、カプセル化なしの顆粒に比べ、カロテンの保持が１０倍良好であった。熱露呈の後、カロテンは微小カプセルから完全に放出された。

実施例９．胃液内のカロテン微粒子の放出運動及び胃での保護

本発明の微粒子におけるカロテンの保護を実証するため、実施例２〜６に記載したように、天然アスタキサンチンのコーティングあり及びコーティングなしの顆粒を生成した。粒化溶液は、２％のアルギン酸ナトリウム及び１０％のマルトデキストリンから構成された。模擬胃液（ｐＨ‐２）及び模擬腸液（ｐＨ‐７．４）を含有する容器内で微粒子を混合し、３７℃で２時間培養した。図３は、カロテンの消化液への放出を示す。カロテンは、双方の消化液においてコーティングなしの顆粒から放出された一方で、胃液では二重層コーティングの顆粒内には含まれたが腸液では完全に放出された。この実験は、本発明のカプセル化システムの胃での保護を実証している。

実施例１０．焼いたクッキー内のビタミンＡの二重層コーティング顆粒の安定性

焼いたクッキーにおける本発明のビタミンＡ微粒子の保護を実証するため、ビタミンＡパルミチン酸（ＢＡＳＦ（ニュージャージー州フローラムパーク））を粒状にし、実施例３に記載したように二重層をコーティングした。コーティングあり及びコーティングなしの顆粒を、８５０ＩＵ／ｇの等しい濃度でBetty Crockerクッキー粉（General Mills Inc.（ミネソタ州ミネアポリス））に混ぜて、製造業者の指示に従ってクッキーを作成し２００℃で２０分間焼いた。焼いたクッキーサンプルのビタミンＡ含有量を表２に示す。表に示すように、コーティングなしの顆粒を含有する焼いたクッキーのビタミンＡ濃度は、最初の焼く前の濃度よりも３０％低下したが、二重層コーティング顆粒を含有する焼いたクッキーでは、ビタミンＡの濃度はビタミンＡの損失を示さなかった。コーティングなしの顆粒は焼いた後でビタミンＡの３０％を失ったが、二重コーティング顆粒はビタミンＡを１００％維持した。

参考文献

本明細書中において言及した全ての参考文献の内容は、引用により全ての目的のために本願にも組み込まれるものとする。
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Shefer, A. and S. Shefer, A controlled release system for pharmaceutical food and nutraceutical use, in PCT/US2004/004003, WO2004/082660 Al. 2004, Salvona LLC.
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Coyne, B. Faragher, J. Gouin, S. Hansen, CB. Ingram, R. Isak, T. Thomas, L. V. Tse, K.L. Microcapsules, US20070042184. 2004.
Gustavo, V. Canovas, B. Ortega-Rivas, E. Juliano, P. and Yan, H. 2006. Food Powders Physical Properties, Processing, and Functionality. Springer. Norwell, MA. US.
Shafmr, R.M. 2007. Handbook of Food Preservation. CRC Press, Klagenfurt, Australia.

Claims (31)

1. コア、前記コア上の第１の層及び前記第１の層上の第２の層を含む微粒子であって、
   前記コアが生物活性物質及び凝集剤の混合物を含み、
   前記第１の層が少なくとも１つのリン脂質及び固体脂肪を含み、前記第１の層における前記リン脂質の濃度が前記第１の層の５重量％〜５０重量％であり、
   前記第２の層が少なくとも１つの食用固体脂肪を含み、前記第２の層が溶融コーティングによって形成され、
   前記第２の層の融点が、前記第１の層の融点よりも高く、
   前記第１及び第２の層が水を含まない、微粒子。
2. 前記生物活性物質が水又は油脂のいずれかに可溶性である、請求項１に記載の微粒子。
3. 前記生物活性物質が、ビタミン、ミネラル、タンパク質、酵素、必須アミノ酸、必須脂肪酸、及びこれらの組合せから成る群から選択される、請求項１に記載の微粒子。
4. 前記凝集剤が、炭水化物、タンパク質、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の微粒子。
5. 前記凝集剤が、グルコース、フルクトース、ガラクトース、スクロース、ラクトース、マルトース、デキストロース、デンプン、グリコーゲン、ゴム、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される炭水化物である、請求項４に記載の微粒子。
6. 前記凝集剤が、動物性タンパク質、乳タンパク質、ゼインタンパク質、植物性タンパク質、タンパク質分離物、タンパク質加水分解物、及びこれらの組み合わせから成る群から選択されるタンパク質である、請求項４に記載の微粒子。
7. 前記少なくとも１つのリン脂質が、卵レシチン、大豆レシチン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の微粒子。
8. 前記少なくとも１つの食用固体脂肪が、水素添加された動物性油脂又は植物性油脂、ろう、及びそれらの混合物から成る群から選択される、請求項１に記載の微粒子。
9. 前記微粒子が、前記少なくとも１つのリン脂質のほかに、トコフェロール、アスコルビン酸パルミテート、リポ酸、カロテノイド、植物栄養素、ハーブ抽出物、及びこれらの混合物から成る群から選択される酸化防止剤を更に含む、請求項１に記載の微粒子。
10. 前記凝集剤が、少なくとも１つの炭水化物を含み、前記微粒子における前記生物活性物質の濃度が前記微粒子の１重量％〜７０重量％である、請求項１に記載の微粒子。
11. 前記炭水化物の濃度が前記生物活性物質の１重量％〜５０重量％である、請求項１０に記載の微粒子。
12. 前記微粒子のサイズが前記コアのサイズの２〜１０倍になるような量で、前記第１及び第２の層が存在する、請求項１０に記載の微粒子。
13. 前記微粒子が、トコフェロール、アスコルビン酸パルミテート、リポ酸、カロテノイド、植物栄養素、ハーブ抽出物、及びこれらの混合物から成る群から選択される酸化防止剤を更に含む、請求項１０に記載の微粒子。
14. 流動性固体微粒子の製造方法であって：
    生物活性物質を凝集剤と混合する工程；
    生物活性物質と凝集剤の混合物から微粒子コアを形成する工程；
    前記コアを少なくともリン脂質及び固体脂肪を含む組成物と接触させることによって、前記コアのそれぞれを包む第１の層を形成する工程であって、前記第１の層における前記リン脂質の濃度が前記第１の層の５重量％〜５０重量％である、工程；及び
    前記第１の層の上に、少なくとも１つの固体脂肪を含む第２の層を溶融コーティングによって形成する工程；
    をこの順序で含み、
    前記第２の層の融点が、前記第１の層の融点よりも高く、
    前記第１及び第２の層が水を含まない、方法。
15. 前記コアが、凝集粒子を形成するように前記生物活性物質及び凝集剤の混合物を凝集させる工程又は噴霧乾燥させる工程、並びに前記凝集粒子をサイズ別にふるい分ける工程によって生成される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記微粒子コアのサイズが５０〜５０００ミクロンである、請求項１４に記載の方法。
17. 生物活性物質が、ビタミン、ミネラル、タンパク質、酵素、必須アミノ酸、必須脂肪酸、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１４に記載の方法。
18. 前記凝集剤が、炭水化物、タンパク質、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１４に記載の方法。
19. 前記少なくとも１つのリン脂質が、卵レシチン、大豆レシチン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１４に記載の方法。
20. 前記少なくとも１つの固体脂肪が、水素添加された動物性油脂又は植物性油脂、ろう、及びそれらの混合物から成る群から選択される、請求項１４に記載の方法。
21. 前記微粒子が、トコフェロール、アスコルビン酸パルミテート、リポ酸、カロテノイド、植物栄養素、ハーブ抽出物、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、リン脂質以外の酸化防止剤を更に含む、請求項１４に記載の方法。
22. 前記凝集剤の濃度が前記生物活性物質の１重量％〜５０重量％である、請求項１４に記載の方法。
23. 前記第２の層における前記固体脂肪の濃度が前記第２の層の７０重量％〜１００重量％である、請求項１４に記載の方法。
24. 前記微粒子のサイズが前記コアのサイズの２〜１０倍になるような量で、前記第１及び第２の層が存在する、請求項１４に記載の方法。
25. 前記第２の層における前記固体脂肪の濃度が前記第２の層の７０重量％〜１００重量％である、請求項１に記載の微粒子。
26. 請求項１に記載の微粒子を用いて調製される食品又は飼料製品。
27. 焼き製品、ペレット製品又は押出し製品である、請求項２６に記載の食品又は飼料製品。
28. 前記凝集剤が、
    単糖及び二糖グルコース、フルクトース、ガラクトース、スクロース、ラクトース、マルトース、マルトデキストリン、及びトレハロースからなる群から選択される単炭水化物、及び
    寒天、アルギン酸塩、アラビノキシラン、カラギーン、カルボキシメチルセルロース、セルロース、キトサン、カードラン、ｂ−グルカン、グアルガム、アラビアゴム、イナゴマメゴム、リグニン、ペクチン、キサンサンガム、及びデンプンからなる群から選択される複合炭水化物
    を含む、請求項１に記載の微粒子。
29. 前記第２の層の融点が５５℃〜８５℃である、請求項１に記載の微粒子。
30. 前記凝集剤が、ブリッジ、膜、もしくはマトリックス充填物を形成し、前記コア内で結合力を生成する固体凝集剤である、請求項１に記載の微粒子。
31. 前記凝集剤が、ブリッジ、膜、もしくはマトリックス充填物を形成し、前記コア内で結合力を生成する固体凝集剤である、請求項２８に記載の微粒子。