DE102004009051A1 - Microcapsule immobilizing species for use in chemistry, food- or pharmaceutical technologies is stable when stored in concentrated medium and is ruptured on slight stressing following dilution - Google Patents

Microcapsule immobilizing species for use in chemistry, food- or pharmaceutical technologies is stable when stored in concentrated medium and is ruptured on slight stressing following dilution Download PDF

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Abstract

The capsule is stable in storage in a concentrated medium and on dilution is ruptured by slight mechanical stressing. Its core is completely enclosed by a matrix. The core is surrounded by multilayers. The casing includes a layer which is bonded electrostatically or covalently with the adjacent layer(s). Layer(s) are applied by solids coating and by membrane-forming fluid coating. At least one layer is formed by coating and complex formation. The core is a spherical droplet formed by precipitation, ionic effects or a temperature gradient. An oil or other material non-miscible with it, e.g. a hydrocarbon or hydrocarbon mixture, surrounds immobilized material in the core matrix. The substance to be immobilized forms a suspension with a second substance in the capsule interior, which forms a phase boundary with the matrix material. Other corresponding forms, e.g. a fluid/fluid emulsion or a solid phase are described. Cells or microorganisms may be contained in the core. Coating is carried out in a fluidized bed or flowing bed process. During drying in this process, additional solid is blown in. This forms a membrane on the capsule surface. All substances involved are food-compatible. Further variants and developments of the microcapsule are described in accordance with the foregoing principles.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrokapsel insbesondere zur Immobilisierung von chemischem und/oder biologischem Material, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung, die über einen enzymatischen und/oder anderen chemischen oder physikalischen Prozess bei relativ geringer mechanischen Beanspruchung zeitversetzt zerstört wird, wodurch das eingeschlossene Material freigesetzt wird. Dieses Material kann im Sinne der vorliegenden Erfindung sowohl eine chemische Substanz wie z.B. ein Wirkstoff usw. oder auch biologisches Material wie beispielsweise Mikroorganismen, Zellen oder Gemische davon sein. Die Kapsel enthält in ihrem Inneren beispielsweise ein Enzym, das bei Lagerung der Kapsel inaktiv ist, jedoch durch äußere Faktoren aktiviert werden kann. Infolge dieser Aktivierung spaltet das Enzym eine oder mehrere Komponenten aus denen die Kapsel besteht. Dadurch wird die ursprünglich stabile Kapsel mechanisch instabil und das eingeschlossene Material kann schon bei relativ geringer mechanischer Beanspruchung freigesetzt werden.The The invention relates to a microcapsule, in particular for immobilization of chemical and / or biological material, as well as a method for their manufacture, over an enzymatic and / or other chemical or physical Process delayed with relatively low mechanical stress destroyed which releases the entrapped material. This For the purposes of the present invention, material may be both a chemical Substance such as an active ingredient, etc. or even biological material such as microorganisms, cells or mixtures thereof. The capsule contains in its interior, for example, an enzyme that is in storage of the capsule is inactive, but by external factors can be activated. As a result of this activation, the enzyme cleaves one or more components that make up the capsule. Thereby will the original stable capsule mechanically unstable and the trapped material can be released even at relatively low mechanical stress become.

Eine solche Kapsel besteht aus einem vorzugsweise kugelförmigen Kern, der das immobilisierte Material enthält, der von einer Hülle umgeben sein kann, die diesen Kern vollständig umschließt.A such capsule consists of a preferably spherical core, containing the immobilized material surrounded by a shell which completely surrounds this core.

In der Praxis kommt es häufig vor, dass bestimmte Wirkstoffe oder auch Mikroorganismen ihre Wirkung erst zeitversetzt entfalten sollen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine bestimmte Komponente aus einem Gemisch während dessen Lagerung inaktiv sein soll, ihre volle Wirkung aber bei Anwendung entfalten muss.In Practice often happens before that certain active substances or even microorganisms their effect should unfold only with a time delay. This can, for example, the Be case when a certain component of a mixture during its storage should be inactive, but develop their full effect when used got to.

Ein Beispiel hierfür wären Fruchtsaftkonzentrate, die bei Lagerung in Gelform Wirkstoffe enthalten, die erst bei Verdünnung, also bei Zugabe von Wasser aktiviert werden sollen.One Example for this would be fruit juice concentrates, which contain active ingredients when stored in gel form, which only when diluted, ie should be activated when water is added.

Bei Backmischungen ist oft erforderlich, dass bestimmte Komponenten während der Lagerung zusätzlich geschützt werden müssen. Dieser Schutz muss jedoch bei deren Anwendung inaktiviert werden, so dass die Zutaten ihre volle Wirkung entfalten können.at Baking mixes is often required for certain components while additional storage protected Need to become. However, this protection must be disabled when it is used, so that the ingredients can unfold their full effect.

Bei chemischen oder biologischen Schädlingsbekämpfungsmitteln ist es oft wünschenswert, dass diese nach deren Ausbringung ihre Wirksamkeit entweder über einen längeren Zeitraum oder erst zeitversetzt entfalten sollen.at chemical or biological pesticides It is often desirable that these after their application, either through their effectiveness longer Period or only with a time delay.

Durch eine Verkapselung einzelner Komponenten kann dies erzielt werden. Die eingesetzte Verkapselungstechnik muss allerdings sicherstellen, dass das eingeschlossene Material bei Bedarf wieder freigesetzt wird, damit der Stoff oder Organismus seine volle Wirkung entfalten kann. Diese Freisetzung muss durch äußere Faktoren wie Feuchtigkeit, Verdünnung oder die Zugabe einer bestimmtes bestimmten Stoffes steuerbar sein.By an encapsulation of individual components, this can be achieved. However, the encapsulation technique used must ensure that the trapped material is released when needed, so that the substance or organism can develop its full effect. This release must be due to external factors like moisture, dilution or the addition of a particular particular substance is controllable.

Der Begriff „Verkapselung" ist in der Fachliteratur sehr verbreitet. Im technischen Maßstab haben sich bisher hauptsächlich Verfahren durchgesetzt, bei denen erst Trägerpartikel hergestellt werden, die anschließend mit einem Wirkstoff beladen werden. Oft werden auch sogenannte Tauchverfahren, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Medikamenten oder Süßigkeiten eingesetzt werden, als Verkapselung bezeichnet, oder auch Sprühbeschichtungen wie sie in Chemischen oder Pharmazeutischen Industrie verbreitet sind. Hierbei werden Feststoffe durch Tauchen oder Besprühen mit einer Membran überzogen. Für spezielle Anwendungen werden häufig auch Stoffe durch eine chemische Fällung in Gelpartikel eingeschlossen.Of the Term "encapsulation" is in the literature very common. On an industrial scale have so far mainly processes enforced, in which only carrier particles are prepared, which are then loaded with an active ingredient become. Often also so-called dipping procedures, as for example used in the production of medicines or sweets, referred to as encapsulation, or spray coatings as in Chemical or pharmaceutical industry are common. in this connection solids are coated by dipping or spraying with a membrane. For special Applications become common also substances enclosed by a chemical precipitation in gel particles.

Es gibt auch zahlreiche Schutzrechte oder Schutzrechtsanmeldungen, die Mikrokapseln zum Gegenstand haben. So beschreibt beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 196 44 343 A1 eine Mikrokapsel mit einem Durchmesser von einigen μm, die in einem Emulsionsprozeß hergestellt wird. Hier werden Öle oder in diesem Öl lösliche Stoffe in einem Grundstoff beispielsweise Alginat emulgiert und daraus in einem weiteren Emulsionsprozess 0,5 – 20 μm große Kapseln geformt, die dann in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie eingesetzt werden können. Diese Kügelchen eigen sich aber nicht zur Immobilisierung größerer Feststoffpartikel, oder gar lebender Zellen. Auch sind sie nicht für den den erfindungsgemäßen Zweck einsetzbar.There are also numerous industrial property rights or patent applications relating to microcapsules. For example, the disclosure document describes DE 196 44 343 A1 a microcapsule with a diameter of a few microns, which is produced in an emulsion process. Here, oils or substances soluble in this oil are emulsified in a base material, for example alginate, and in a further emulsion process 0.5-20 μm capsules are formed, which can then be used in the food or pharmaceutical industry. However, these beads are not suitable for the immobilization of larger solid particles, or even living cells. Also, they are not suitable for the purpose of the invention.

In der US – Patentanmeldung 4,389,419 wird ein ähnliches Verfahren zur Verkapselung von Ölen und öllöslichen Substanzen beschrieben. Ähnlich dem o.g. Schutzrecht wird hier eine Emulsion des Öls mit einem Grundstoff (Alginat) in einem ersten Schritt erzeugt. Allerdings werden in diesem Fall dem Alginat noch einige Füllstoffe beigemengt und die Kapseln durch Extrudieren durch eine Düse und Fällen in einem Fällbad geformt und nicht durch einen weiteren Emulsionsschritt. Diese Kapseln sind größer als die im ersten Schutzrecht beschriebenen. Bei höherer mechanischer Beanspruchung bluten die Kapseln aus, ähnlich einem ölgetränkten Schwamm, was sie ebenfalls von denen in der vorliegenden Erfindung beschriebenen unterscheidet.In of the US patent application 4,389,419 will be a similar one Process for the encapsulation of oils and oil-soluble ones Substances are described. Similar to above-mentioned Intellectual property is here an emulsion of the oil with a base material (alginate) generated in a first step. However, in this case the alginate still some fillers added and the capsules by extruding through a nozzle and felling in one precipitation bath shaped and not by another emulsion step. These capsules are bigger than that described in the first patent. At higher mechanical stress the capsules bleed out, similar to an oil-soaked sponge, what they also of those described in the present invention different.

Eine Klasse für sich sind sogenannte Membran – Kapseln. F. Lim und A. Sun beschreiben in der Zeitschrift „Science Band 210, Seiten 908-910, Jahrgang 1980 eine Kapsel mit einer semipermeablen Membran zur Immobilisierung von lebenden Zellen bei der der Kapselkern aus einer einzigen Schicht eines Ply-I-Lysin/Alginatkompexes umgeben ist. Bei diesen Kapseln wird eine Austreten der Zellen aus dem Kapselkern verhindert. Jedoch können darin keine Moleküle von der Größe eines Enzyms oder kleiner eingeschlossen werden, da die Membran dafür durchlässig ist. Diese Membrankapsel eignet sich wegen ihrer relativ geringen mechanischen Stabilität darüber hinaus nicht zum Einsatz in technischen Prozessen.A class of their own are so-called membrane capsules. F. Lim and A. Sun, in the journal Science Volume 210, pp. 908-910, 1980, describe a capsule having a semipermeable membrane for immobilizing living cells in which the capsule core consists of a single layer of egg surrounded by Ply-I-Lysine / Alginate Complexes. In these capsules, leakage of cells from the capsule core is prevented. However, molecules of the size of an enzyme or less can not be included therein because the membrane is permeable thereto. Moreover, this membrane capsule is not suitable for use in technical processes because of its relatively low mechanical stability.

In der Patentanmeldung DE 43 12 970.6 wird eine Membrankapsel beschrieben, die auch zur Immobilisierung von Enzymen und Proteinen geeignet ist. Hier ist der Kern, der das Immobilisat enthält mit einer mehrlagigen Hülle umgeben, wobei jede dieser Lagen der gesamten Hülle eine gewisse Eigenschaft verleiht. Über die vorteilhafte Wahl der Hüllenpolymere kann die Durchlässigkeit der Membran so verringert werden, dass die Enzyme in der Kapsel bleiben, währen die viel kleineren Substrate und Produkte die Membran passieren können. Diese Kapseln sind bei sehr unterschiedlichen Konzentrationen des umgebenden Mediums stabil. Die Membran hat eine fest eingestellte, definierte Durchlässigkeit und verhindern so eine Freisetzung des eingeschlossenen Materials.In the patent application DE 43 12 970.6 describes a membrane capsule, which is also suitable for the immobilization of enzymes and proteins. Here, the core containing the immobilizate is surrounded by a multi-layered shell, each of these layers giving the entire shell a certain property. By the advantageous choice of shell polymers, the permeability of the membrane can be reduced so that the enzymes remain in the capsule while the much smaller substrates and products can pass through the membrane. These capsules are stable at very different concentrations of the surrounding medium. The membrane has a fixed, defined permeability and thus prevent release of the enclosed material.

Die Patentschrift EP 0 782 853 B1 beschreibt eine Mikrokapsel deren Hülle aus mehreren speziellen Schichten aufgebaut ist. Mindestens eine dieser Schichten besteht aus einem Material, das als Funktion einer Innenkonzentration und/oder anderen physikalischen Größen seine Struktur und somit die Porengröße der Hülle verändert. Bei dieser Kapsel, bleibt der Kern immer erhalten. Lediglich die Hülle verändert ihre Durchlässigkeit, was zwar eine teilweise aber nicht eine vollständige Freisetzung des eingeschlossen Materials ermöglicht. Die Kapsel bleibt in jedem Fall intakt. Nur die Durchlässigkeit der Membran wir verändert.The patent EP 0 782 853 B1 describes a microcapsule whose shell is made up of several special layers. At least one of these layers is made of a material that changes its structure and thus the pore size of the sheath as a function of internal concentration and / or other physical quantities. In this capsule, the core is always preserved. Only the shell changes its permeability, allowing for some but not complete release of the encapsulated material. The capsule remains intact in any case. Only the permeability of the membrane we changed.

Auch auf dem Gebiet der Waschmittel oder kosmetischen Erzeugnisse gibt es eine Reihe von Patenten und Schutzrechtsanmeldungen, die Produkte mit verkapselten Wirkstoffen beschreiben. Bei allen diesen Alle diese Schriften beschreiben jedoch Kapseln, die entweder für biologisches, lebendes Material völlig ungeeignet sind oder nur durch eine äußere relativ hohe Beanspruchung den eingeschlossenen Stoff freisetzen.Also in the field of detergents or cosmetic products There are a number of patents and patent applications, the products describe with encapsulated drugs. With all these all however, these writings describe capsules that are suitable for either biological, living material entirely are unsuitable or only by an external relatively high stress release the entrapped substance.

So sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 22 15 441 wässrige, flüssige Geschirrspülmittel bekannt, die Kapseln aus den Polymeren Carrageenan, Polyvinylalkohol oder Celluloseether beinhalten bekannt. Die Polymere und die Elektrolyte sind so gewählt, dass die Stabilität der Kapseln im Mittel sowie deren Auflösung bei Verdünnung gewährleistet sind. Die verwendeten Polymere sind jedoch für die Verkapselung von lebendem Material nicht geeignet.For example, from the published patent application DE 22 15 441 aqueous, liquid dishwashing detergents known which contain capsules of the polymers carrageenan, polyvinyl alcohol or cellulose ethers. The polymers and the electrolytes are chosen so as to ensure the stability of the capsules on average and their dissolution upon dilution. However, the polymers used are not suitable for the encapsulation of living material.

Die britische Patentschrift 1 471 406 betrifft flüssige, wässrige Waschmittel mit Kapseln mit einem Durchmesser von 0,1 bis 5 mm. Diese Kapseln sollen empfindliche Inhaltsstoffe temperatur-, lager und transportstabiler machen und diese erst unmittelbar vor oder während der Anwendung freisetzten. Die Inhaltsstoffe sind entweder ganz oder teilweise von den Kapseln eingeschlossen wobei die Kapseln nicht näher definiert sind.The British Patent Specification 1 471 406 relates to liquid, aqueous detergents with capsules with a diameter of 0.1 to 5 mm. These capsules are said to be sensitive Ingredients make temperature, storage and transport stable and release them immediately before or during use. The ingredients are either whole or partial from the capsules including the capsules are not defined.

Die deutsche Anmeldung DE 199 18 267 beschreibt ebenfalls flüssige Waschmittel mit verkapselten Inhaltsstoffen. Als Kapseln im Sinne dieser Erfindung sind sämtliche auf dem Markt angebotenen in tensidstabilen Sphären eingeschlossenen Materialien definiert. Eine Methode zur Herstellung der Kapseln wird jedoch nicht beschrieben.The German registration DE 199 18 267 also describes liquid detergents with encapsulated ingredients. As capsules in the context of this invention, all materials offered on the market are enclosed in surfactant-stable spheres. However, a method of manufacturing the capsules is not described.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde eine Kapsel zu erzeugen, die sowohl leblose Stoffe als auch lebende Organismen enthalten kann. Gleichzeitig ist ihre mechanische Festigkeit so einstellbar, dass sie in technische Prozessen eingesetzt werden kann wobei sie in einem bestimmten Medium stabil und lagerfähig ist. Bei Veränderungen des unbegebenden Mediums wird diese Kapsel mechanisch instabil so dass sie schon bei relativ kleiner mechanischer Belastung zerstört wird und so das eingeschlossene Material freisetzt. Die Kapsel soll in einer Vielzahl von Medien verwendbar sein, diese nicht durch Ausbluten beeinträchtigen und gleichzeitig ohne Einbußen in ihrer Funktion, getrocknet werden können.Of these, Based on the problem underlying a capsule to the problem of the invention that contain both lifeless substances and living organisms can. At the same time, its mechanical strength is adjustable that they can be used in technical processes where they stable and storable in a given medium. With changes of the non-contributing medium, this capsule becomes mechanically unstable like that that it is destroyed even at relatively low mechanical load and so the trapped material releases. The capsule should be in one Variety of media to be usable, not by bleeding affect and at the same time without losses in their function, can be dried.

Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt eine Kapsel in Flüssigphase hergestellt wird, die das zu verkapselnde Material vollständig umschließt. In einem zweiten Schritt wird die Kapsel getrocknet. Die Matrixsubstanz der Kapsel oder die Hülle enthält mindestens einen Stoff der entweder enzymatisch oder durch andere physikalische und/oder chemische Prozesse verändert werden kann, so dass die mechanische Stabilität der gesamten Kapsel nicht mehr gegeben ist.According to the invention Problem solved by that in a first step a capsule is produced in liquid phase, which completely encloses the material to be encapsulated. In one second step, the capsule is dried. The matrix substance of Capsule or the shell contains at least one substance either enzymatically or by others physical and / or chemical processes can be changed so that the mechanical stability the entire capsule is no longer present.

Diese Veränderung kann beispielsweise durch ein Enzym verursacht werden, das die Kapsel enthält und das in der trockenen Kapsel oder unter den Bedingungen unter denen die Kapsel gealgert wird, inaktiv ist. Bei Befeuchten der Kapsel oder durch eine Veränderung der physikalisch-chemischen Parameter der umgebenden Mediums wird das Enzym aktiv. Dadurch spaltet das Enzym eine oder mehrere Komponenten der Kapsel. Diese wird mechanisch instbil und setzt das eingeschlossene Material frei.These change can be caused for example by an enzyme containing the capsule and the in the dry capsule or under the conditions under which the Capsule is inactive. When moistening the capsule or through a change the physico-chemical parameter of the surrounding medium becomes the Enzyme active. As a result, the enzyme cleaves one or more components the capsule. This becomes mechanically unstable and sets the trapped material free.

Dieser Effekt kann aber nicht nur enzymatisch erzeugt werden. Wird die Kapsel nämlich in einem reversiblen Prozess ausgehärtet, der durch Zugabe bestimmter Ragenzien umgekehrt werden kann, kann die Kapsel zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgelöst werden wodurch das eingeschlossene Material freigesetzt wird.This Effect can not only be generated enzymatically. Will the Capsule namely cured in a reversible process by adding certain Ragging can be reversed, the capsule can be recovered at a later date disbanded whereby the entrapped material is released.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht demnach darin, die Matrix und/oder eine eventuelle Hülle aus der die Kapsel besteht so zu wählen, dass sie durch eine Veränderung externer physikalischer und/oder chemischer Parameter zerstört werden kann. Dies kann z.B. durch die Aktivierung eines Enzenzyms im Inneren der Kapsel erfolgen, das wesentliche Komponenten des Kapselmaterials spaltet. Diese Zerstörung der Kapsel kann aber auch auf anderem Weg erfolgen. Das Material, dass in der Kapselmatrix eingeschlossen ist wird dabei freigesetzt. Um ein Ausbluten des in der Kapsel befindlichen Materials während der Lagerung der Kapsel zu verhindern kann diese von einer Hüllmembran umgeben sein.Of the The core idea of the invention therefore consists in the matrix and / or a possible shell from which the capsule is composed to be chosen by a change external physical and / or chemical parameters can be destroyed. This can e.g. by activating an enzyme in the interior the capsule, the essential components of the capsule material splits. This destruction The capsule can also be done by other means. The material, that is enclosed in the capsule matrix is thereby released. Around bleeding of the material in the capsule during the Storage of the capsule can prevent this from an enveloping membrane be surrounded.

Bei geeigneter Wahl der Materialien und der Parameter des Herstellungsverfahrens können in einer solchen Kapsel eine Reihe unterschiedlicher Materialien eingeschlossen werden, wie beispielsweise:

  • – wasserlösliche oder wasserunlösliche Stoffe
  • – fette, Öle, Emulsionen oder Suspensionen
  • – Feststoffe
  • – lebende oder tote Zellen
  • – lebende oder tote Mikroorganismen
  • – Gemische aus einer oder mehreren oben genannten Klassen
With a suitable choice of materials and parameters of the manufacturing process, a number of different materials may be included in such a capsule, such as:
  • - water-soluble or water-insoluble substances
  • - fats, oils, emulsions or suspensions
  • - solids
  • - live or dead cells
  • - live or dead microorganisms
  • - mixtures of one or more of the above classes

Diese Kapsel ist wie folgt aufgebaut: Der Kapselkern besteht aus einer Grundsubstanz, aus der eine Matrix gebildet wird, in die das zu immobilisierende Material eingebettet ist. Diese Grundsubstanz muß ein Stoff sein, der vertropft werden kann, aus dem mittels einer Fällung durch Ioneneinwirkung oder einen Temperaturgradienten vorzugsweise kugelförmige poröse Partikel geformt werden können. Solche Substanzen können z.B. Na-Alginat aber auch Agarose oder Sephadex usw. sein.These Capsule is structured as follows: The capsule core consists of a Ground substance, from which a matrix is formed, into which the embedded in immobilizing material. This basic substance must be a substance which can be dripped out of it by means of a precipitation Ionic action or a temperature gradient, preferably spherical porous particles can be shaped. Such Substances can e.g. Na alginate but also agarose or Sephadex and so on.

Wenn durch die Kapsel beispielsweise Enzyme oder Öle, Emulsionen usw. oder auch lebende Zellen oder Organismen eingeschlossen werden sollen oder in allen anderen Fällen, bei denen eine bestimmte mechanische Stabilität der Kapsel eingestellt werden soll, ist es vorteilhaft, den Kapselkern mit einer zusätzlichen Membran zu umgeben. Diese Membran kann aus einem Polyelektrolytkomplex, der in mehrerer Lagen aufgebracht werden kann bestehen. Derartige Polyelektrolytkomplexe werden gebildet aus dem Zusammenwirken eines Polyanion und Polykations. Als Polyanion sind beispielsweise wasserlösliche Zellulosederivate wie z.B. Carboxymethylcellulose, Cellulosesulfat oder auch Pectine, Alginate aber auch synthetische Polymere wie Polyacryl- oder Polymethacrylsäuren usw. zu verwenden. Als Polykation kommen vor allem Naturstoffe wie Chitosan aber auch synthetische Polymere wie Polyethylenimin oder Polydiethyldiallylammoniumchlorid in Betracht.If through the capsule, for example, enzymes or oils, emulsions, etc. or also living cells or organisms should be included or in all other cases, where a certain mechanical stability of the capsule are adjusted should, it is advantageous to the capsule core with an additional Surround the membrane. This membrane can be made of a polyelectrolyte complex, which can be applied in several layers exist. such Polyelektrolytkomplexe be formed from the interaction of a Polyanion and polycations. Examples of polyanion are water-soluble cellulose derivatives such as. Carboxymethyl cellulose, cellulose sulfate or pectins, Alginates but also synthetic polymers such as polyacrylic or polymethacrylic acids, etc. to use. As a polycation come mainly natural substances such as chitosan but also synthetic polymers such as polyethyleneimine or polydiethyldiallylammonium chloride into consideration.

Die o.g. Membran kann aber auch durch ein direktes Beschichten mit verschiededen Substanzen erzeugt werden. Dieses Beschichten kann entweder während einer eventuellen Trocknung der Kapseln erfolgen oder durch ein nachträgliches coaten aufgebracht werden. Sollen die Kapseln im Lebensmittel- oder Pharmabereich eingesetzt werden kann diese Beschichtungssubstanz entweder besipielsweise Schellack oder eine andere für den jeweiligen Bereich zugelassene Substanz sein. Für den chemischen Bereich können dafür auch andere filmbildende Verbindungen wie Z.B. Nitrocellulosederivate oder Polyvinylacetate usw. verwendet werden.The above-mentioned Membrane can also be differentiated by direct coating Substances are generated. This coating can either be during a possible drying of the capsules or by a subsequent coats are applied. Should the capsules in food or Pharmabereich can be used this coating substance either for example shellac or another for the respective one Be area approved substance. For the chemical sector, others can do it film forming compounds such as e.g. Nitrocellulose derivatives or polyvinyl acetates etc. are used.

In manchen Fällen kann es auch von Vorteil sein, eine Kapsel durch eine Kombination der beiden o.g. Ansätze herzustellen. Bei einer derartigen Kapsel hätte man einen zusätzlichen Parameter um die Lagereigenschaften zu beeinflussen und ein Ausbluten des eingeschlossenen Materials und/oder eine Wechselwirkung mit dem umgebenden Medium bei Lagerung zu verhindern wodurch ihre Zuverlässigkeit erhöht wird.In some cases It may also be beneficial to use a capsule by a combination the two o.g. approaches manufacture. In such a capsule would have an additional Parameters to influence the bearing properties and bleeding of the enclosed material and / or an interaction with prevent the surrounding medium during storage whereby their reliability is increased.

Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel stellt sich wie folgt dar:One Process for the preparation of a microcapsule according to the invention arises as follows:

Beispiel 1:Example 1:

Kapsel mit enzymatischer FreisetzungCapsule with enzymatic release

In einem ersten Schritt wird in eine 1-2 %-ige Grundstofflösung, beispielsweise Na-Alginat- das zu verkapselnde Material eingerührt. Diese Grundstofflösung kann auch noch Pectin in ähnlicher Konzentration wie das Alginat enthalten. Bei Bedarf kann anschließend ein Füllstoff wie beispielsweise Quarzsand oder Kieselerde beigemischt werden, so dass das Gemisch anschließend einen Trockengehalt von z.B. ca. 20-40 % hat. Zusätzlich wird dem Gemisch Pectinase in einer Konzentration von z. B. 10.000 U/kg Gemisch zugesetzt. Diese Mixtur wird dann auf einen pH von ca. 4 gepuffert und in ein Fällbad eingetropft. Dieses Vertropfen kann durch jedes handelsübliche System erfolgen, dass gleichmäßige Tropfengrößen liefert. Beste Ergebnisse wurden mit sogenannten Zweistoffdüsen erzielt. Dies sind Düsen, bei denen der Tropfenabriß an den Kapillaren durch die die Mixtur gepresst wird durch einen konzentrischen Luftstrom erfolgt.In a first step is in a 1-2% stock solution, for example Na alginate - the stirred material to be encapsulated. This base solution may also be similar in pectin Concentration as the alginate included. If necessary, then a filler such as quartz sand or silica are mixed, so that the mixture subsequently a dry content of e.g. about 20-40% has. In addition will the mixture pectinase in a concentration of z. B. 10,000 U / kg Mixture added. This mixture is then adjusted to a pH of about 4 buffered and in a precipitation bath dripped. This dripping can be through any commercially available system done that delivers uniform drop sizes. Best results were achieved with so-called dual-fluid nozzles. These are nozzles, where the dripping on The capillaries through which the mixture is pressed by a concentric air flow he follows.

Das Fällbad kann eine 1-2 %-ige Salzlösung sein, die ein oder mehrere mehrwertige Metallionen enthält, wie z.B. Ca++, Ba++, usw. Setzt man dem Fällbad eine verdünnte Lösung eines Polykations zu, wie beispielsweise Polyethylenimin, Chistosan usw. entsteht zeitgleich mit dem Ausfällen eine dünne Membran, die ein Ausbluten des eingeschlossenen Materials aus der Kapsel verhindert. Durch weiderholtes Umspülen dieser Kapsel mit unterschiedlich geladenen Polyelektrolytösungen kann eine Membran aufgebaut werden, die der Kapsel eine der Anwendung entsprechende mechanische Festigkeit verleiht. Als Polykation können hierzu verdünnte Lösungen von Chitosan, Polyethylenimin usw. verwendet werden. Als Polyanion können verdünnte Lösungen von Pectinen, Alginat usw. eingesetzt werden. Bei diesem Vorgang ist es von Vorteil, dass dieses Umspülen in Form einer Wirbelschicht erfolgt. Hierfür werden die Kapseln in einem geeigneten Gefäß von den Beschichtungslösungen mit einer Geschwindigkeit umspült, die groß genug ist die Kügelchen nicht nur zu verwirbeln sondern sie auch in Schwebe zu halten.The coagulation bath can be a 1-2% saline solution If one adds to the precipitation a dilute solution of a polycation, such as polyethyleneimine, chistosan, etc., a thin membrane is formed at the same time as precipitation, which contains one or more polyvalent metal ions, such as Ca ++ , Ba ++ prevents bleeding of the enclosed material from the capsule. By thoroughly flushing this capsule with differently charged polyelectrolyte solutions, a membrane can be constructed which gives the capsule a mechanical strength which corresponds to the application. For this purpose, dilute solutions of chitosan, polyethyleneimine, etc. can be used as the polycation. As polyanion, diluted solutions of pectins, alginate, etc. can be used. In this process, it is advantageous that this flushing takes place in the form of a fluidized bed. For this purpose, the capsules are lapped in a suitable vessel by the coating solutions at a speed which is large enough not only to swirl the beads but also to keep them in suspension.

Anschließend werden die Kügelchen gewaschen und getrocknet. Das Trocknen kann mit handelsüblichen Trocknern erfolgen wobei die besten Ergebnisse mit Wirbelschicht- oder Wibrations-Chargentrocknern erzielt wurden. Der Feuchtigkeitsgrad nach der Trocknung soll nicht höher als 3-7 % betragen.Then be the beads washed and dried. Drying can be done with commercial Dryers with the best results with fluidized bed or Wibrations batch dryers were achieved. The degree of humidity after The drying should not be higher than 3-7%.

Nach dem Trocknen wird die Kapsel trocken und bei niedriger Temperatur gelagert. Befeuchtet man die Kapsel zu einem späteren Zeitpunkt, wird das Enzym aktiviert und es spaltet die Polyguluronketten der Pectin-Anteile sowie anderer entsprechender Komponenten der Kapsel (z.B. Alginat) sowohl im Kern als auch in der Hülle. Dadurch wird die Kapsel soweit destabilisiert, dass kleine mechanische Beanspruchungen ausreichen um die Kapsel zu zerstören und das eingeschlossne Material freizusetzen.To Drying the capsule is dry and at low temperature stored. If you moisten the capsule at a later time, the enzyme becomes it activates and splits the polyguluron chains of the pectin moieties and other corresponding components of the capsule (e.g., alginate) both in the core and in the shell. As a result, the capsule is destabilized to the extent that small mechanical Stresses are sufficient to destroy the capsule and to release the encapsulated material.

Beispiel 2:Example 2:

Kapsel mit physikalisch/chemischer FreisetzungCapsule with physical / chemical release

Wie bei Beispiel 1 wird auch hier in einem ersten Schritt in eine 1-2 %-ige Grundstofflösung, beispielsweise Na-Alginat- das zu verkapselnde Material eingerührt. Allerdings kann hier auf die Zugabe von Pectin oder der Pectinase verzichtet werden. Anschließend kann wie in Beispiel 1 ein Füllstoff wie beispielsweise Quarzsand oder Kieselerde beigemischt werden, so dass das Gemisch anschließend einen Trockengehalt von z.B. ca. 20-40 % hat. Dieser Füllstoff kenn jedoch auch fehlen. Diese Mixtur wird dann in ein Fällbad eingetropft. Dieses Vertropfen kann durch jedes handelsübliche System erfolgen, dass gleichmäßige Tropfengrößen liefert. Beste Ergebnisse wurden mit sogenannten Zweistoffdüsen erzielt. Dies sind Düsen, bei denen der Tropfenabriß an den Kapillaren durch die die Mixtur gepresst wird durch einen konzentrischen Luftstrom erfolgt.As in Example 1 is also here in a first step in a 1-2 % base solution, for example Na alginate - the material to be encapsulated stirred. However, you can click here the addition of pectin or pectinase is dispensed with. Then you can as in Example 1, a filler such as quartz sand or silica are mixed, so that the mixture subsequently a dry content of e.g. about 20-40% has. This filler but also missing. This mixture is then dropped into a precipitation bath. This dripping can be done by any commercially available system that provides uniform drop sizes. Best results were achieved with so-called dual-fluid nozzles. This are nozzles, where the dripping on The capillaries through which the mixture is pressed by a concentric Air flow takes place.

Bei Bedarf können die erhaltenen Partikel wie in Beispiel 1 beschrieben beschichtet werden. Obwohl die Kügelchen auch nass gebrauchsfertig sind, ist es vorteilhaft sie zu trocken.at Need can the resulting particles coated as described in Example 1 become. Although the beads also wet ready to use, it is advantageous to dry them.

Das Trocknen kann mit handelsüblichen Trocknern erfolgen wobei die besten Ergebnisse mit Wirbelschicht- oder Wibrations-Chargentrocknern erzielt wurden. Der Feuchtigkeitsgrad nach der Trocknung soll nicht höher als 3-7 % betragen.The Drying can be done with commercially available dryers For best results, use fluid bed or vibratory batch dryers were achieved. The moisture level after drying should not higher than 3-7%.

Ein Medium dass die so erhaltenen Kapseln wieder zerstört ist beispielsweise eine 1-2 %-ige wässrige Lösung von Na-Citrat. Alternativ kann auch eine Lauge mit einem stark alkalischen pH-Wert eingesetzt werden.One Medium that the capsules thus obtained is destroyed again, for example a 1-2% aqueous solution of Na-citrate. Alternatively, a caustic with a strong alkaline pH can be used.

Bringt man die Kapseln mit einem solchen Medium in Kontakt, wird der reversible Vorgang des Gelierens im Fällbad umgekehrt und die Kapsel löst sich auf.bring When the capsules are in contact with such a medium, it becomes reversible Process of gelling in the precipitation bath vice versa and the capsule dissolves on.

Setzt man die trockenen Kapseln beispielsweise einer trockenen Backmischung zu, die auch Na-Citrat enthält und befeuchtet diese Mischung, werden die Kügelchen zerstört und setzen das eingeschlossene Material frei.Puts the dry capsules, for example, a dry baking mixture to, which also contains Na citrate and moistening this mixture, the beads are destroyed and set the enclosed material free.

Claims (15)

Mikrokapsel insbesondere zum Immobilisieren von Feststoffen, Flüssigkeiten, Zellen, Mikroorganismen und/oder Gemischen aus diesen Materialien zum Einsatz in der Chemie, Lebensmitteltechnik, und/oder Pharmazie mit einem den zu immobilisierenden Stoff enthaltenden, vorzugsweise kugelförmigen Kern und vorzugsweise eine ihn umschließende Hülle, dadurch gekennzeichnet dass die Kapsel bei Lagerung stabil ist und mindestens eine Komponente enthält, die durch eine spätere Veränderung der physikalischen und/oder chemischen Parameter des umgebenden Mediums zu einer Zerstörung der Kapsel und Freisetzung des eingeschlossene Materials führt. dass die in der Kapsel enthaltene Komponente, die durch eine spätere Veränderung der physikalischen und/oder chemischen Parameter des umgebenden Mediums zu einer Zerstörung der Kapsel und Freisetzung des eingeschlossene Materials führt, ein Enzym ist, das bestimmte Stoffe der Kapselmatrix und/oder Kapselmembran spalten kann. dass die in der Kapsel und/oder Kapselmembran enthaltene Komponente, die durch eine spätere Veränderung der physikalischen und/oder chemischen Parameter des umgebenden Mediums zu einer Zerstörung der Kapsel und Freisetzung des eingeschlossene Materials führt, eine Substanz ist, die durch ein in der Kapsel enthaltenes Enzym gespalten werden kann. dass die in der Kapsel enthaltene Komponente, die durch eine spätere Veränderung der physikalischen und/oder chemischen Parameter des umgebenden Mediums zu einer Zerstörung der Kapsel und Freisetzung des eingeschlossene Materials führt, eine Substanz ist, die in einem reversiblen Prozess durch Ioneneinwirkung gefällt werden kann. dass das zu immobilisierte Material von der Matrix (dem Kapselkern) vollständig umschlossen wird, dass der Kapselkern von einer ihn vollständig umschließenden, mehrlagigen Hülle umgeben sein kann dass die Hülle mindestens eine Schicht enthält, die mit der benachbarten darunterliegenden und/oder darüberliegenden kovalent und/oder elektrostatisch verbunden ist. dass mindesten eine Lage der Hülle durch Beschichten mit einem Feststoff auf den Kapselkern aufgebracht wird, dass mindesten eine Lage der Hülle durch eine membranbildende Flüssigkeit auf dem Kapselkern gebildet wird, dass mindesten eine Lage der Hülle sowohl durch Komplexbildung als auch Beschichtung gebildet wirdMicrocapsule, in particular for immobilizing solids, liquids, cells, microorganisms and / or mixtures of these materials for use in chemistry, food technology, and / or pharmacy with a preferably spherical core containing the substance to be immobilized and preferably a shell enclosing it characterized in that the capsule is stable on storage and contains at least one component which leads to a destruction of the capsule and subsequent release of the enclosed material by a subsequent change in the physical and / or chemical parameters of the surrounding medium. that the component contained in the capsule, which leads to a destruction of the capsule and subsequent release of the enclosed material by a subsequent change in the physical and / or chemical parameters of the surrounding medium, is an enzyme which can cleave certain substances of the capsular matrix and / or capsule membrane , in that the component contained in the capsule and / or capsule membrane, which leads to a destruction of the capsule by the subsequent change of the physical and / or chemical parameters of the surrounding medium and release of the enclosed material, is a substance which is characterized by a the capsule-containing enzyme can be cleaved. the component contained in the capsule, which leads to a destruction of the capsule and subsequent release of the enclosed material by a subsequent change in the physical and / or chemical parameters of the surrounding medium, is a substance that can be precipitated in a reversible process by ion action. that the material to be immobilized is completely enclosed by the matrix (the capsule core), that the capsule core can be surrounded by a multilayer casing completely enclosing it, that the casing contains at least one layer which is covalently and / or overlying with the adjacent underlying and / or overlying layer. or electrostatically connected. in that at least one layer of the shell is applied to the capsule core by coating with a solid, that at least one layer of the shell is formed by a membrane-forming liquid on the capsule core, that at least one layer of the shell is formed by both complexing and coating Mikrokapsel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass die Substanz die die Kernmatrix bildet ein Stoff ist, der vertropft werden kann, aus dem mittels einer Fällung durch Ioneneinwirkung oder einen Temperaturgradienten vorzugsweise kugelförmige Partikel geformt werden können.Microcapsule according to claim 1 characterized that the substance forming the core matrix is a substance that drips from which by means of a precipitation by ionic or a temperature gradient, preferably spherical particles are formed can. Mikrokapsel nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet dass die Substanz die den zu immobilisierneden Stoff im Inneren der Kernmatrix umgibt ein Öl sein kann oder eine andere mit der Matrixsubstanz nicht mischbare Flüssigkeit wie z.B. ein Kohlenwassserstoff, ein Kohlenwasserstoffgemisch.Microcapsule according to claim 1 or 2 characterized that the substance is the substance to be immobilized inside The core matrix surrounds an oil may be or another immiscible with the matrix substance liquid such as. a hydrocarbon, a hydrocarbon mixture. Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet dass der zu immobilisierende Stoff mit einer zweiten im Kapselinneren befindlichen Substanz die mit der Matrixsubstanz eine Phasengrenze ausbildet eine Suspension bildet.Microcapsule according to claim 1 to 3 characterized that the substance to be immobilized with a second in the capsule interior substance which forms a phase boundary with the matrix substance forms a suspension. Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass der zu immobilisierende Stoff mit der einer zweiten im Kapselinneren befindlichen Substanz die mit der Matrixsubstanz eine Phasengrenze ausbildet eine flüssig/flüssig Emulsion bildet.Microcapsule according to claim 1 to 4 characterized that the substance to be immobilized with a second in the capsule interior substance that has a phase boundary with the matrix substance Forms a liquid / liquid emulsion forms. Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet dass die Kernmatrix oder mindestens eine Phase im Kapselkern einen Feststoff enthältMicrocapsule according to claim 1 to 5 characterized that the core matrix or at least one phase in the capsule core a Contains solid Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet dass mindestens eine Phase im Kapselkern eine Flüssigkeit enthältMicrocapsule according to claim 1 to 6 characterized that at least one phase in the capsule core contains a liquid Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet dass mindestens eine Phase im Kapselkern Zellen enthältMicrocapsule according to claim 1 to 7 characterized that at least one phase in the capsule core contains cells Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet dass mindestens eine Phase im Kapselkern Mikroorganismen enthältMicrocapsule according to claim 1 to 8 characterized that at least one phase in the capsule core contains microorganisms Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet dass das Beschichten der Kapseln in einem Wirbelschicht- oder Fließbettverfahren erfolgtMicrocapsule according to claim 1 to 9 characterized that coating the capsules in a fluidized bed or fluidized bed process he follows Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet dass sie ohne signifikante Einbußen an Funktionalität getrocknet werden kannMicrocapsule according to claim 1 to 10 characterized that they dried without significant loss of functionality can be Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet dass das Trocknen der Kapseln in einem Wirbelschicht- oder Fließbettverfahren erfolgtMicrocapsule according to claim 1 to 11 characterized that the drying of the capsules in a fluidized bed or fluidized bed process he follows Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet dass beim ihrem Trocknen in einem Wirbelschicht- oder Fließbettverfahren in die Kolonne zusätzlich ein Feststoff eingeblasen wird, der auf der Kapseloberfläche eine Membran bildetMicrocapsule according to claim 1 to 12 characterized that when drying in a fluidized bed or fluidized bed process in the column in addition a solid is injected, which on the capsule surface a Membrane forms Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet dass alle Stoffe aus denen sie besteht lebensmittelzugelassen sein könnenMicrocapsule according to claim 1 to 13 characterized that all substances that make up it are food-approved can Mikrokapsel nach Anspruch 1 bis 14 bei deren Herstellung einige, mehrere oder alle der nachfolgenden Schritte durchgeführt werden, von denen auch einige Schritte mehrmals wiederholt werden können: – Lösen oder Suspendieren des zu verkapselnden Materials in einem Grundstoffgemisch – Beimischen eines Enzyms, das bestimmte Komponenten dieses Gemisches und/oder Kapselbeschichtung spalten kann. – Vertropfen dieser Grundstoff-Suspension oder Lösung – Fällen der Tropfen – Versiegeln der Tropfen bei gleichzeitiger Fällung durch Umspülen der Kügelchen in einem Fällbad, das neben dem Fällreagenz auch eine ionische Polymerlösung enthält – Spülen und Suspendieren der durch Fällung entstandenen Kügelchen in einer Waschflüssigkeit – Umspülen der Kügelchen mit einer kationischen oder anionischen Polymerlösung und Ausbilden einer kationischen oder anionischen Ladung an der Kugeloberfläche – Waschen der Kügelchen mit einer Waschlüssigkeit – Umspülen der Kügelchen mit einer anionischen oder kationischen Polymerlösung und Ausbilden einer anionischen oder kationischen Ladung an der Kugeloberfläche – Spülen und Suspendieren der durch Fällung entstandenen Kügelchen in einer Waschflüssigkeit – Trocknen der Kügelchen – Einbringen (Suspendieren) der getrockneten Kügelchen in ein konzentriertes Medium wie z.B. einem Gel – Lagern der Kügelchen in diesem konzentrierten Medium über einen bestimmten ZeitraumMicrocapsule according to claim 1 to 14 in whose preparation some, several or all of the following steps are carried out, of which some steps can be repeated several times: - Dissolving or suspending the material to be encapsulated in a mixture of basic materials - admixing an enzyme containing certain components of this Mixture and / or capsule coating can split. - Dropping of this base stock suspension or solution - Cases of the drops - Sealing the drops with simultaneous precipitation by rinsing the beads in a precipitation bath, which also contains an ionic polymer solution in addition to the precipitating reagent - Rinsing and suspending the precipitated beads in a washing liquid - Circulation of the beads with a cationic or anionic polymer solution and forming a cationic or anionic charge on the bead surface - washing the beads with a wash liquid - rinsing the beads with an anionic or cationic polymer solution and forming an anionic or cationic charge on the bead surface - rinsing and suspending the beads by precipitation ent standing beads in a washing liquid - drying the beads - placing (suspending) the dried beads in a concentrated medium such as a gel - storing the beads in this concentrated medium for a certain period of time
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