AT413798B - Production of microencapsulated volatile substances (especially in feedstuff manufacture) involves spray drying an O/W emulsion containing water, a solvent aid, natural polymers and the volatile substance - Google Patents
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22
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Die Erfindung betrifft stabile Pflanzenextrakte, insbesondere temperaturstabile Pflanzenextrakte.The invention relates to stable plant extracts, especially temperature-stable plant extracts.
In der Tiernahrungsmittelindustrie, insbesondere in der Ernährung von Nutz- aber auch Haustie-5 ren wurden in der Vergangenheit Futterergänzungszusätze auch in Form antibiotischer Zusatzstoffe eingesetzt. Diese Zusatzstoffe sollten insbesondere in der Nutztierernährung eine Leistungssteigerung bewirken, sei es in Bezug auf die Fleischbeschaffenheit bzw. -menge oder die Beschaffenheit oder Menge der verwertbaren Produkte. io Durch die Gefahr von Kreuzresistenzen (nicht nur bei Nutztieren sondern auch bei Haustieren) bzw. die Gefahr und Nebenwirkungen von Rückständen im Fleisch oder den Produkten (Milch, Käse, Eier u. dgl) auf den Endverbraucher ist der Einsatz antibiotischer Mittel als Leistungförderer umstritten und führte zu zahlreichen Verboten des Einsatzes derartiger Mittel. 15 Als Alternative zu derartigen antibiotischen Leistungssteigerungsmitteln werden seit einiger Zeit auf pflanzlicher Basis hergestellte Futterzusätze ins Auge gefasst, wobei die derzeitigen Erfahrungen und Untersuchungen hinsichtlich Aufnahmefähigkeit, Verwertbarkeit im Verdauungstrakt, Beeinflussung des Immunsystems und dergleichen positiv zu beurteilen sind. Rückstände im Fleisch von Nutztieren und deren Produkten sind für den Menschen unbedenklich. 20In the animal food industry, especially in the diet of useful but also domestic animals, feed supplement supplements have also been used in the past in the form of antibiotic additives. These additives should increase the performance, in particular in livestock nutrition, whether with regard to the quality or quantity of meat or the nature or quantity of the usable products. Due to the risk of cross-resistance (not only in livestock but also in domestic animals) or the risk and side effects of residues in meat or products (milk, cheese, eggs and the like) on the end user, the use of antibiotic agents as a performance promoter is controversial and led to numerous prohibitions on the use of such funds. As an alternative to such antibiotic performance enhancers, feed additives produced on a plant basis have been contemplated for some time, with current experience and research on uptake, digestive tract utility, immune system impact, and the like being positive. Residues in the meat of livestock and their products are harmless to humans. 20
In der Mischfutterindustrie werden antibiotische Zusatzstoffe für Vormischungen oder Fertigprodukte üblicherweise in Form von Granulaten verwendet, wobei diese Granulate als Pellets oder Extrudate vorliegen können. Dadurch kann eine bequeme Handhabung, insbesondere Mischbarkeit und relativ exakte Dosierbarkeit in Verbindung mit Trockenfutterzubereitungen und 25 dergleichen erreicht werden.In the compound feed industry, antibiotic additives for premixes or finished products are usually used in the form of granules, which granules may be present as pellets or extrudates. As a result, a convenient handling, in particular miscibility and relatively exact dosing in connection with dry food preparations and the like can be achieved.
Bei der Verwendung pflanzlicher Zusatzstoffe tritt allerdings das Problem auf, dass viele wirksame phytogene Zusatzstoffe in Form von Ölen, insbesondere ätherischen Ölen vorliegen. Diese Zusatzstoffe verflüchtigen sich unter Temperatureinfluss rasch. Beim Pelletier- bzw. 30 Extrudierprozess kommen hohe Temperaturen, hoher Druck und/oder hohe Scherkräfte zur Wirkung, sodass derartige Zusatzmittel nicht oder nur unter hohen Verlusten verarbeitet werden können. Ätherische Öle, die im nacheinein auf Pellets oder Extrudate aufgebracht, insbesondere aufge-35 sprüht werden, haften nur unvollständig, insbesondere nur an der Oberfläche der Pellets oder Extrudate, sodass es bei der Lagerung, oder unter Feuchtigkeitseinfluss oder durch Reibung zu einer Entmischung und somit zu einer nicht gleichmäßigen Verteilung im Futtermittel kommt.The use of herbal additives, however, involves the problem that many effective phytogenic additives are present in the form of oils, especially essential oils. These additives volatilize rapidly under the influence of temperature. During the pelleting or 30 extrusion process, high temperatures, high pressure and / or high shear forces act, so that such additives can not be processed or only at high losses. Essential oils, which are sprayed onto pellets or extrudates, in particular sprayed incompletely, adhere only incompletely, in particular only to the surface of the pellets or extrudates, so that upon storage, or under the influence of moisture or by friction, they segregate and thus to a non-uniform distribution in the feed comes.
Dadurch wird der Einsatz dieser pflanzlichen Zusatzstoffe, vor allem auch aufgrund der Verar-40 beitungsverluste als unrentabel angesehen.As a result, the use of these herbal additives, especially due to the processing losses considered as unprofitable.
Zur Stabilisierung flüchtiger Substanzen, wie beispielsweise pflanzlicher Substanzen und ätherischer Öle wird in der Technik das Verfahren der Sprühtrocknung verwendet. Bei diesem Verfahren werden feinste Tröpfchen des zu verarbeitenden Materials in einer o/w Emulsion erzeugt 45 und in einem Heißluftstrom versprüht. Das entstandene Pulver besteht aus eingekapselten Partikeln und ist in getrocknetem zustand gegenüber Verdunstungsverlusten relativ stabil. Mit einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise Wasser sind die eingekapselten Partikel relativ leicht rückemulgierbar. so Für die Stabilisierung flüchtiger Stoffe, insbesondere flüchtiger Pflanzenbestandteile, wie ätherische Öle und dergleichen sind derartige Verfahren aber ungeeignet, da es aufgrund der bei diesen Verfahren verwendeten Dampfbehandlung zu einem erhöhten Wassergehalt und damit wiederum zu hohen Verdunstungsverlusten kommt. 55 Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem auch flüchtige 3To stabilize volatile substances, such as vegetable substances and essential oils, the technique of spray-drying is used in the art. In this process, the finest droplets of the material to be processed are produced in an o / w emulsion 45 and sprayed in a stream of hot air. The resulting powder consists of encapsulated particles and is relatively stable in the dried state to evaporation losses. With a suitable solvent, such as water, the encapsulated particles are relatively easily back emulsified. However, such processes are unsuitable for the stabilization of volatile substances, in particular volatile plant constituents, such as essential oils and the like, since, owing to the steam treatment used in these processes, an increased water content and, in turn, too high evaporation losses occur. 55 Object of the invention was therefore to provide a method in which even volatile 3
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Substanzen, wie ätherische Öle und dergleichen in verkapselter Form ohne hohe Verdunstungsverluste stabil hergestellt werden können.Substances such as essential oils and the like can be stably prepared in encapsulated form without high evaporation losses.
Gegenstand der Erfindung sind daher ein Verfahren zur Herstellung volatiler Substanzen in 5 mikroverkapselter Form, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt eine o/w Emulsion hergestellt wird, die Wasser, einen Lösungsvermittler, natürliche Polymere und die zu verkapselnde volatile Substanz enthält, und in einem zweiten Schritt diese Emulsion mittels Sprühtrocknung in ein rieselfähiges Pulver übergeführt wird, wobei die Differenz zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur 70-100 °C beträgt. 10The invention therefore provides a process for producing volatile substances in a microencapsulated form, characterized in that in a first step an o / w emulsion is prepared which contains water, a solubilizer, natural polymers and the volatile substance to be encapsulated, and a second step, this emulsion is converted by spray drying in a free-flowing powder, wherein the difference between the inlet and outlet temperature is 70-100 ° C. 10
Als Polymere können werden natürliche Polymere oder Polymergemische eingesetzt. So können beispielsweise Stärkehydrolysate, wie Dextrine, modifizierte Stärken, Gummi Arabicum, Alginate, Naturharze, wie Schellack, Wurzelharz, Cellulosederivate, wie Hydroxypropylcellulose, Na-carboxylcellulose, Methylcellulose, Ethylcellulose, tierische und/oder pflanzliche Eiweiße 15 bzw. deren Hydrolysate, wie Gelatine, Collagen, Eiprotein, Weizenprotein, Caseinate, Milcheiweiß, Sojaeiweiß, Erbseneiweiß und dergleichen und/oder deren Mischungen verwendet werden.As polymers it is possible to use natural polymers or polymer mixtures. Thus, for example, starch hydrolysates, such as dextrins, modified starches, gum arabic, alginates, natural resins, such as shellac, wood rosin, cellulose derivatives, such as hydroxypropylcellulose, sodium carboxylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, animal and / or vegetable proteins or their hydrolysates, such as gelatin , Collagen, egg protein, wheat protein, caseinates, milk protein, soy protein, pea protein and the like and / or mixtures thereof.
Als Lösungsvermittler können ja nach Zusammensetzung des Polymers bzw. Polymergemi-20 sches Mineralsäuren, beispielsweise HCl, H2S04, organische Säuren, wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Ammoniak oder Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Propanol, 2- Propanol und dergleichen eingesetzt werden.Depending on the composition of the polymer or polymer mixture, mineral acids such as HCl, H 2 SO 4, organic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, ammonia or alcohols such as methanol, ethanol, propanol, 2-propanol and the like can be used as solubilizers become.
Gegebenenfalls kann die Emulsion natürliche Weichmacher oder Fließmittel enthalten. 25Optionally, the emulsion may contain natural plasticizers or flow agents. 25
Beispiele für derartige Weichmacher sind Wachse, wie Bienenwachs, Candellawachs, Carnau-bawachs, Baumwollsaatölwachs, hydrierte Pflanzenöle, Ceresin und dergleichen.Examples of such plasticizers are waxes such as beeswax, candellava, carnauba wax, cottonseed oil wax, hydrogenated vegetable oils, ceresin and the like.
Als Fließmittel können gegebenenfalls amorphe Kieselsäuren, Talkum, Calciumsilikate, Calci-30 umphosphate und dergleichen verwendet werden.As the flow agent, amorphous silicas, talc, calcium silicates, calcium phosphates and the like may optionally be used.
Als flüchtige Substanzen werden beispielsweise natürliche oder naturidente Aromen oder Aromamischungen (Orange, Zitrone, Vanille, Kokos, Pfefferminze, Banane, Erdbeere), natürliche oder naturidente ätherische Öle (Anisöl, Basilikumöl, Cedernholzöl, Citronenöl, Eukalyptusöl, 35 Fenchelöl, Kamillenöl, Kampferöl, Knoblauchöl, Majoranöl, Menthol, Nelkenblütenöl, Pfefferminzöl, Rosmarinöl, Thymianöl, Zimtblätteröl, Zwiebelöl) und dergleichen verwendet.Suitable volatile substances are, for example, natural or nature-identical aromas or aroma mixtures (orange, lemon, vanilla, coconut, peppermint, banana, strawberry), natural or nature-identical essential oils (aniseed oil, basil oil, cedarwood oil, lemon oil, eucalyptus oil, fennel oil, chamomile oil, camphor oil, Garlic oil, marjoram oil, menthol, clove flower oil, peppermint oil, rosemary oil, thyme oil, cinnamon leaf oil, onion oil) and the like.
Ferner können als flüchtige Substanzen Botenstoffe, beispielsweise Pheromone, Allomone, Kairomone, wie Sexuallockstoffe von Schmetterlingen, bestehend aus unter anderem aus 40 aliphatischen geradkettigen Alkoholen, deren Acetate, Aldehyde, Ketone, Kohlenwasserstoffe und Epoxyverbindungen; Pheromone der Käfer bestehend unter anderem aus terpenoiden Verbindungen oder Umwandlungsprodukten von aus der Nahrung stammenden Terpenen, Pheromone der Ameisen, Bienen, Wespen und Hummeln, bestehend unter anderem aus heterocyclischen aromatischen Verbindungen und Terpenderivaten, Fliegenpheromone bestehend 45 unter anderem aus einfach ungesättigten Kohlenwasserstoffen, Spiroverbindungen, heterocyclischen aliphatischen Verbindungen, Termitenpheromone, bestehend unter anderem aus Terpenverbindungen, langkettigen Alkanen und Alkenen, Nitroalkenen, Vinylketonen, Ketoaldehy-den und makrocyclischen Diterpenen, Pheromone von Insekten aus anderen Ordnungen, beispielsweise der Blattlaus, bestehend unter anderem aus Farnesen, Pinien und bicyclischen so Lactonen, sowie der deutschen Schabe bestehend unter anderem aus aliphatischen und einfach ungesättigten geradkettigen Alkoholen, deren Acetaten und Formiaten, oder Säugetierpheromone bestehend unter anderem aus Steroid- und Thiazaverbindungen, sowie polycyclischen Ethern, verwendet werden. 55 Der Feststoffgehalt der Emulsion ist von mehreren Parameter abhängig und muss entspre- 4Further, as volatile substances messengers, such as pheromones, allomones, kairomones, such as sexual attractants of butterflies, consisting of, inter alia, of 40 aliphatic straight-chain alcohols, their acetates, aldehydes, ketones, hydrocarbons and epoxy compounds; Pheromones of the beetles comprising, inter alia, terpenoid compounds or transformation products of food-borne terpenes, pheromones of ants, bees, wasps and bumblebees, consisting inter alia of heterocyclic aromatic compounds and terpene derivatives, fly pheromones consisting of, among others, monounsaturated hydrocarbons, spiro compounds, heterocyclic aliphatic compounds, Termitenpheromone, consisting inter alia of terpene compounds, long-chain alkanes and alkenes, nitroalkenes, vinyl ketones, Ketoaldehy-den and macrocyclic diterpenes, pheromones of insects from other orders, such as the aphid, including, inter alia, Farnese, pine and bicyclic so lactones and the German cockroach consisting, inter alia, of aliphatic and monounsaturated straight-chain alcohols, their acetates and formates, or mammalian pheromones consisting, inter alia, of steroid and thiaza compound en, as well as polycyclic ethers. 55 The solids content of the emulsion depends on several parameters and must be 4
AT 413 798 B chend angepasst werden. Der FeststofTgehalt der Emulsion ist insbesondere abhängig vom Emulsionsverhalten des Polymers bzw. der Polymermischung, der Viskosität der Emulsion und der Menge und Art der zu verkapselnden flüchtigen Substanz. Ebenso sind die technischen Vorraussetzungen des Sprühturms, hinsichtlich der Emulsionszerstäubung, Turmdimension und 5 Trocknungsparameter, zu berücksichtigen.AT 413 798 C onend. The solids content of the emulsion is dependent in particular on the emulsion behavior of the polymer or the polymer mixture, the viscosity of the emulsion and the amount and type of volatile substance to be encapsulated. Likewise, the technical requirements of the spray tower, with regard to emulsion atomization, tower dimensions and drying parameters, must be taken into account.
Vorzugsweise liegt der Feststoffgehalt zwischen 20 und 50%, besonders bevorzugt zwischen 35 und 45%. io Zur Herstellung der Emulsionen können handelsübliche Druckhomogenisatoren bzw. Dispergiermaschinen verwendet werden um das entsprechende Tröpfchengrößenspektrum zu erreichen. Das Verfahren kann entweder im kontinuierlich (Inline-Betrieb) oder diskontinuierlich (Chargen- oder Batch-Betrieb) durchgeführt werden. 15 Die Zerstäubung der Emulsion kann mittels einer schnell rotierenden Scheibe (vorzugsweise 15000 - 22000 UpM) oder einer Einstoff oder Zweistoffdüse erfolgen.Preferably, the solids content is between 20 and 50%, more preferably between 35 and 45%. To produce the emulsions, commercial pressure homogenizers or dispersing machines can be used in order to achieve the corresponding droplet size spectrum. The process can be carried out either continuously (in-line operation) or discontinuously (batch or batch operation). The atomization of the emulsion can be carried out by means of a rapidly rotating disk (preferably 15,000-22,000 rpm) or a single-fluid or two-fluid nozzle.
Zur Trocknung der Emulsionspartikel werden die Zuluft- und Ablufttemperaturen so gewählt, dass die Restfeuchtigkeit des getrockneten Produkt unter 2% beträgt. Die Differenz zwischen 20 Eintritts- und Austrittstemperatur beträgt zur Vermeidung von Verdampfungsverlusten der einzukapselnden flüchtigen Stoffe 70 -100° C, vorzugsweise 70 - 90° C.To dry the emulsion particles, the supply air and exhaust air temperatures are selected so that the residual moisture content of the dried product is less than 2%. The difference between the inlet and outlet temperature is 70-100 ° C, preferably 70-90 ° C, to avoid evaporation losses of the volatile substances to be encapsulated.
Die auf diese Weise eingekapselten Produkte sind in Wasser nicht emulgierbar, mechanisch stabil und hitzebeständig. Sie können auf übliche Weise pelletiert, extrudiert oder granuliert 25 werden und werden als Futterzusatzstoffe verwendet.The products encapsulated in this way are not emulsifiable in water, mechanically stable and heat resistant. They may be pelleted, extruded or granulated in the usual way and used as feed additives.
Beispiele:Examples:
Beispiel 1: 30Example 1: 30
Eine Lösung aus Wasser (93,4 - 94,7 Gew%), Natrium-Kaseinat (4 Gew%) und Natriumstearat (0-1,3 Gew%) wird in einem doppelmanteligem Mischbehälter mit schnelllaufendem Rührwerk mit Oreganoöl versetzt und bei 20 - 25 °C bei 1000 - 300 UpM vermischt. Die Mischung wird im Umlaufverfahren bei 11000 UpM dispergiert (Ultraturrax-Inline Rotos-Stator Typ IKA) und so-35 lange emulgiert bis eine durchschnittliche Tröpfchengröße von < 1 pm erreicht wird. Nach Zugabe von CaOH (3,5-4 Gew%) wird Essigsäure (50% in H20) bie 300 - 500 UpM über einen Zeitraum von 25 min kontinuierlich zudosiert, bis sich der pH-Wert der Mischung auf 4,7 eingestellt hat. 40 Das Gemisch wird für 3 - 5 h bei 10 - 15 °C stehen gelassen, wobei es zu einer Sedimentation der eingekapselten Oreganoölpartikel kommt.A solution of water (93.4-94.7% by weight), sodium caseinate (4% by weight) and sodium stearate (0-1.3% by weight) is mixed with oregano oil in a double-jacket mixing vessel with a high-speed stirrer, and 25 ° C at 1000-300 rpm mixed. The mixture is orbitally dispersed at 11000 rpm (Ultraturrax Inline Rotos Stator Type IKA) and so emulsified until an average droplet size of < 1 pm is achieved. After addition of CaOH (3.5-4% by weight), acetic acid (50% in H 2 O) is continuously metered in at 300-500 rpm over a period of 25 minutes until the pH of the mixture has reached 4.7. 40 The mixture is allowed to stand for 3 - 5 h at 10 - 15 ° C, wherein there is a sedimentation of the encapsulated Oreganoölpartikel.
Durch Abpumpen der überstehenden wässrigen Phase entsteht eine Suspension mit einem Feststoffgehalt von 20 - 30 %, welche sprühgetrocknet (Düsenzerstäubung, Tzu: 200 °C, 45 Tab: 100 °C) wird.By pumping out the supernatant aqueous phase, a suspension having a solids content of 20-30%, which is spray-dried (nozzle atomization, Tzu: 200 ° C, 45 tab: 100 ° C) is formed.
Man erhält ein frei fließendes Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 200 pm bei einer Schüttdichte von 280 g/l. Der Gehalt an Oreganoöl im Feststoff beträgt 24 - 29 %. so Beispiel 2:This gives a free-flowing powder having a mean particle diameter of 200 pm at a bulk density of 280 g / l. The content of oregano oil in the solid is 24 - 29%. example 2:
Eine Lösung bestehend aus Wasser (60 Gew%), modifizierter Stärke (24 Gew% und Nelkenöl (16 Gew%) wird in einem Mischtank mit Schnelllaufendem Rührwerk bei 20 - 25 °C bei 1000 - 3000 UpM vermischt. Die Mischung wird mittels Druckhomogenisation im Umlaufverfah-55 ren emulgiert bis eine durchschnittliche Tröpfchengröße < 1 pm erreicht wird. Eine in einemA solution consisting of water (60% by weight), modified starch (24% by weight and clove oil (16% by weight) is mixed in a mixing tank with a high-speed agitator at 20-25 ° C. at 1000-3000 rpm Recirculation processes emulsify until an average droplet size <1 pm is achieved
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