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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von einen lipophilen Wirkstoff enthaltenden Mikrokapseln.
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Die Mikroverkapselung befasst sich mit der Umhüllung von flüssigen, festen oder gasförmigen Stoffen mit verschiedensten Wandmaterialien, beispielsweise mit Polymeren.
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Durch die vielseitigen Kombinationsmöglichkeiten von Kern- und Wandmaterialien ergeben sich zahlreiche Anwendungsgebiete für die Mikroverkapselung bzw. für Mikrokapseln. So kann die Mikroverkapselung beispielsweise dazu dienen, Substanzen vor einem Umgebungsmilieu zu schützen, leicht flüchtige Substanzen zu fixieren, die Riesel- und Fließfähigkeit von Pulvern zu verbessern, unverträgliche Substanzen voneinander getrennt zu halten, pharmazeutische Wirkstoffe magensaftresistent zu machen, Depotwirkungen zu erzielen, Reaktionskomponenten voneinander zu trennen, Wirkstoffe Langzeit zu stabilisieren, Flüssigkeiten in Feststoffe umzuformen oder Stoffe geschmacks- und/oder geruchszumaskieren.
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Für die Mikroverkapselung flüssiger Kernmaterialien werden häufig Rührkesselverfahren eingesetzt. Dabei wird zu Beginn der Mikroverkapselung das Kernmaterial (disperse Phase) in einer kontinuierlichen Phase (Dispersionsmittel) dispergiert und die wandbildende Komponente in der dispersen und/oder der dispergierten Phase gelöst. Nach Einstellung der Tropfengrößenverteilung des dispergierten Kernmaterials, beispielsweise durch mittels Rührer oder Nasszerkleinerungsvorrichtungen eingebrachter Scherkräfte, kann die Abscheidung des Wandmaterials erfolgen.
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Die Ausbildung der Kapselwand kann beispielsweise über eine Änderung des pH-Werts, der Temperatur oder mittels Zugabe von Fällungsmitteln, Antisolvenzien oder Polymerisationsstartern initiiert werden, je nachdem welcher Natur die die Kapselwand ausbildenden Einsatzmaterialien sind.
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Nach der Herstellung der Mikrokapseln müssen diese von der kontinuierlichen Flüssigphase abgetrennt, getrocknet und ggf. durch Sieben oder durch Mischen konfektioniert werden. Dabei ist in der Regel zu beachten, dass Agglomeratbildung sowie mechanische und thermische Belastungen der Mikropartikel vermieden werden, da nur so die Herstellung eines qualitativ hochwertigen Endproduktes gewährleistet werden kann.
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Eine Unterscheidung der Mikroverkapselungsverfahren lässt sich beispielsweise danach treffen, ob monomere oder polymere Ausgangskomponenten für die Ausbildung der Kapselwand eingesetzt werden und ob die Wandbildner in der dispersen, in der kontinuierlichen oder in beiden Phasen vorgelegt werden. Werden beispielsweise Monomere oder Präpolymere zur Ausbildung der Kapselwand verwendet, die nur in einer der vorgenannten Phasen vorliegen, so bezeichnet man das Verfahren als in situ-Polymerisation bzw. -kondensation. Als Grenzflächenpolymerisation bzw. -kondensation wird das Verfahren bezeichnet, wenn die Wandbildner sowohl in der dispersen als auch in der kontinuierlichen Phase enthalten sind und die Polymerisation bzw. -kondensation bevorzugt an der Grenzfläche zwischen disperser und kontinuierlicher Phase stattfindet.
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Neben Monomeren und Präpolymeren werden auch gelöste Polymere für die Ausbildung der Kapselwand eingesetzt. Dabei findet die Wandbildung durch eine sogenannte Phasenseparation statt, wobei hier sowohl Vertropfungs- als auch Rührkesselverfahren zum Einsatz kommen können.
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Bei den Vertropfungsverfahren wird in der Regel das zu verkapselnde Kernmaterial in eine Lösung eines Polyelektrolyts suspendiert und die resultierende Suspension in ein Vernetzungsbad eingetropft, wobei sich durch mehrwertige Ionen bewirkt spontan auf den Suspensionstropfen das Wandmaterial abscheidet.
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Die bekannten Rührkesselverfahren machen sich in der Regel die Eigenschaft einiger Polymerelektrolyte zu eigen, sich bei Änderung des pH-Wertes oder durch Zugabe von Salzen in eine polymerreiche und polymerarme Phase zu trennen. Die Wandbildung erfolgt in diesem Fall aus der polymerreichen Phase, von der aus sich das gelöste Polymer an dem dispergierten Kernmaterial abscheidet.
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Ein weiteres Verfahren, das sich insbesondere zur Verkapselung wässriger Systeme eignet, ist die Doppelemulsionsmethode. Mittels der Doppelemulsionsmethode lassen sich Mikrokapseln herstellen, die einen Wirkstoff in fein verteilter Form enthalten. Hierbei wird beispielsweise unter Zuhilfenahme geeigneter Tenside eine Wasser-in-Öl-Emulsion (W/O) hergestellt, wobei in der W-Phase beispielsweise ein Wirkstoff enthalten und die O-Phase von einer Polymerlösung gebildet ist. Diese W/O-Emulsion wird dann in einer wässrigen Phase emulgiert, so dass eine multiple Emulsion in Form einer Doppelemulsion des Typs Wasser-in-Öl-in-Wasser (W1/O1/W2) entsteht. Die Kapselwand wird in einem derartigen Verfahren vorzugsweise dadurch gebildet, dass das Polymerlösungsmittel der O1-Phase derart ausgewählt ist, dass es sich in der äußeren wässrigen Phase (W2) löst, so dass es durch den Entzug von Polymerlösungsmittel aus der O1-Phase zu einer Anreicherung des Polymers in derselben kommt und sich das Polymer letztendlich auf den einzelnen Tropfen der W1-Phase unter Ausbildung von Mikrokapseln niederschlägt.
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Eine Doppelemulsion als Beispiel einer multiplen Emulsion besteht aus einer primären Emulsion, welche in einer sekundären Emulsion dispergiert ist. Die primäre Emulsion besteht dabei aus einer dispersen Phase von Tropfen eines Wirkstoffs oder von einen Wirkstoff enthaltenden Tropfen, die in einer kontinuierlichen Phase entgegengesetzter Polarität emulgiert sind.
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Um bei Doppelemulsionen eine Koaleszenz oder Aggregation von Tropfen in der primären und sekundären Phase zu reduzieren oder sogar zu vermeiden und damit eine hohe Stabilität der multiplen Emulsion zu gewährleisten, wird im Stand der Technik vorgeschlagen, dass die Tropfen der primären und der sekundären Emulsion eine möglichst geringe mittlere Tropfengröße aufweisen sollten.
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Die gewünschte mittlere Tropfengröße der dispersen Phase einer primären Emulsion lässt sich in der Regel verhältnismäßig einfach einstellen, da die Tropfengröße von den bei dem Emulgiervorgang auftretenden mechanischen Kräften abhängt. Die zur Herstellung der sekundären Emulsion durch Dispergieren der primären Emulsion in einer dritten Phase eingesetzten mechanischen Kräfte bewirken hingegen eine Koaleszenz der Tropfen der dispersen Phase der primären Emulsion. Diese Koaleszenz bewirkt eine Vergrößerung der Tropfen der dispersen Phase der primären Emulsion und damit eine Destabilisierung derselben sowie der sekundären Emulsion.
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Die Stabilität von Emulsionen kann durch den Einsatz von grenzflächenaktiven Substanzen verbessert werden, die häufig als Emulgatoren oder Tenside bezeichnet werden. In Lebensmittel-, Arzneimittel- und Kosmetikzubereitungen, welche auf einfachen Emulsionen mit einer dispersen und einer kontinuierlichen Phase basieren, beispielsweise einer O/W- oder W/O-Emulsion, zeigen die genannten grenzflächenaktiven Substanzen in Konzentrationsbereichen den erwünschten stabilisierenden Effekt, welche aus lebensmitteltechnischer, pharmazeutischer oder kosmetischer Sicht als unbedenklich gelten. Zur Stabilisierung multipler Emulsionen jedoch müssen grenzflächenaktive Substanzen in Konzentrationsbereichen eingesetzt werden, die physiologisch nicht vertretbar sind.
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Die
US 6 136 364 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln, bei dem ein lipophiler Aromastoff, der in Öl gelöst ist, mit einer Proteinlösung zu einer O/W-Emulsion verarbeitet wird. Zum Emulgieren wird Ultraschall verwendet. Diese O/W-Emulsion wird mit einem geschmolzenen Fett zu einer O/W/O-Emulsion gemischt. Das Versprühen dieser Emulsion auf eine flache Oberfläche führt zu Mikrokapseln mit einem Partikeldurchmesser zwischen 200 und 200 μm. Als Protein kann jedes Nahrungsmittelprotein verwendet werden, das Thiol-Gruppen enthält.
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Das
US 5 271 961 A offenbart Mikrokapseln, die aus einer wässrigen/alkoholischen wirkstoffhaltigen Prolamin-Lösung und einem Öl durch Verdampfen des Wasser-/Alkoholgemisches gebildet werden.
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Die
WO 2004/009 054 A2 offenbart Pellets, in denen eine Emulsion aus einer Ölkomponente, einem lipophilen Wirkstoff, Glycerin als Alkohol und Gluten von Kakaobutter umhüllt wird.
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Die
DE 931 166 B offenbart eine Vorrichtung zum Emulgieren von Stoffen unter Anwendung von Schallwellen, die einen zylinderringförmigen Durchflussraum für die zu behandelnden Flüssigkeiten mit Zu- und Ableitung sowie einen weiteren dazu konzentrischen Raum aufweist.
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In dem
US 2 475 133 A werden die filmbildenden Eigenschaften der Prolamine wie z. B. Zein beschrieben.
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Das
US 4 507 969 A lehrt eine ringförmige Kammer mit zwei Zuleitungen, die eine zentrale Aufnahme für eine Sonotrode umgibt. Diese ringförmige Kammer ist über Leitungen mit einer Düse verbunden. Der aus der Düse austretende Flüssigkeitsstrahl wird durch Auftreffen auf eine Oberfläche zerstäubt.
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Das
US 3 986 669 A offenbart eine Vorrichtung zum Emulgieren und Versprühen einer Flüssigkeit, bei der ein oder zwei ringförmige Kammern, die jeweils eine Zuleitung aufweisen, eine Aufnahme für eine Sonotrode umgeben. Die ringförmigen Kammern sind über Leitungen mit der Außenfläche der rohrförmigen Sonotrode verbunden, wobei diese Außenfläche der Vernebelung der emulgierten Flüssigkeit dient.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem sich einen lipophilen Wirkstoff enthaltende Mikrokapseln ohne oder ohne einen nennenswerten Einsatz von grenzflächenaktiven Substanzen herstellen lassen, wobei der lipophile Wirkstoff in möglichst fein verteilter Form in der Mikrokapsel enthalten ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln mittels einer multiplen Emulsion Öl-in-Wasser-in-01 (O1/W1/O2) gelöst, welches die nachfolgenden Schritte umfasst:
- a) das Einführen einer Emulsion Öl-in-Wasser (Oi/Wi) mit einer dispersen Oi-Phase und mit einer kontinuierlichen W1-Phase in eine Emulgierkammer, wobei die O1-Phase einen lipophilen Wirkstoff umfasst und die W1-Phase eine alkoholische Lösung, in welcher ein Prolamin enthalten ist;
- b) das Einführen eines die O2-Phase bildenden Materials in flüssiger Form in die Emulgierkammer, wobei das Material bei Raumtemperatur fest ist;
- c) das Emulgieren der O1/W1-Emulsion in dem die O2-Phase bildenden Material in der Emulgierkammer mittels Ultraschall;
- d) das Austragen der multiplen Emulsion O1/W1/O2 aus der Emulgierkammer in Form von Tropfen;
- e) das Temperieren der Tropfen auf eine Temperatur, welche eine Verfestigung des die O2-Phase bildenden Materials erlaubt;
- f) das Auffangen der entstandenen Mikrokapseln nach Verfestigung des die O2-Phase bildenden Materials.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Mikrokapseln auf der Basis einer multiplen Emulsion Öl-in-Wasser-in-Öl (O1/W1/O2) ohne oder ohne einen nennenswerten Einsatz von grenzflächenaktiven Substanzen herstellen. Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapseln sind somit sowohl aus lebensmitteltechnischer als auch aus pharmazeutischer oder kosmetischer Sicht unbedenklich.
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Die den lipophilen Wirkstoff bildende oder die den lipophilen Wirkstoff enthaltende disperse O1-Phase der in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Emulsion Öl-in-Wasser (O1/W1) neigt im Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens nur geringfügig zur Koaleszenz, weshalb die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapseln eine Emulsion Öl-in-Wasser (O1/W1) enthalten, deren mittlere Tropfengröße der dispersen O1-Phase sich nur geringfügig von der der eingesetzten O1/W1-Emulsion unterscheidet.
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Wird somit in das erfindungsgemäße Verfahren eine O1/W1-Emulsion mit einer hochdispersen O1-Phase eingesetzt, so enthalten auch die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapseln die O1-Phase in hochdisperser Form, was eine verhältnismäßig hohe Bioverfügbarkeit des lipophilen Wirkstoffs gewährleistet.
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Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass die in den mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapseln befindliche O1/W1-Emulsion nur geringfügig zur Entmischung neigt. Diese Langzeitstabilität der O1/W1-Emulsion ermöglicht eine Langzeitlagerung der entsprechenden Mikrokapseln ohne Beeinträchtigung der Bioverfügbarkeit des in den Mikrokapseln enthaltenen lipophilen Wirkstoffs.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Mikrokapseln kann ferner auf verfahrenstechnisch einfache Weise durchgeführt werden. Entsprechend lassen sich mittels des Verfahrens Mikrokapseln besonders kostengünstig herstellen.
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In das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln wird eine Emulsion Öl-in-Wasser (O1/W1) mit einer dispersen Oi-Phase und mit einer kontinuierlichen W1-Phase eingesetzt, wobei die O1-Phase einen lipophilen Wirkstoff umfasst und die W1-Phase eine alkoholische Lösung, in welcher ein Prolamin enthalten ist. Diese Emulsion weist vorzugsweise einen mittleren Tropfendurchmesser der dispersen O1-Phase von 1 Nanometer bis 100 Mikrometer auf, wodurch ein fein verteiltes Vorliegen des lipophilen Wirkstoffs und damit seine hohe Bioverfügbarkeit nach Verabreichung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapseln gewährleistet wird. Derart geringe mittlere Tropfendurchmesser können beispielsweise durch schnelle Rührwerke, Hochdruckhomogenisatoren, Schüttler, Vibrationsmischer, Ultraschallgeneratoren, Emulgierzentrifugen, Kolloidmühlen oder Zerstäuber erreicht werden, wobei die O1/W1-Emulsion gegebenenfalls durch den Zusatz von grenzflächenaktiven Substanzen, vorzugsweise in geringer Konzentration, stabilisiert sein kann.
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In der dispersen O1-Phase der in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten O1/W1-Emulsion ist ein lipophiler Wirkstoff enthalten. Dabei kann der lipophile Wirkstoff eine WirkstoffSubstanz oder ein Wirkstoffgemisch sein und die O1-Phase von dem Wirkstoff gebildet sein oder den Wirkstoff gelöst enthalten, beispielsweise gelöst in einem Öl.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der lipophile Wirkstoff ein Lebensmittelbestandteil, ein Futtermittelbestandteil, vorzugsweise ein Nahrungsergänzungsmittel oder ein Fischöl, ein Arzneimittel oder ein Pflanzenextrakt, vorzugsweise ein ätherisches Öl. Diese Stoffe weisen sowohl beim Menschen als auch beim Tier einen hohen physiologischen bzw. pharmakologischen Wert auf. In das erfindungsgemäße Verfahren als lipophiler Wirkstoff eingesetzt ergeben sich somit Mikrokapseln, welche die genannten lipophilen Wirkstoffe in hoher Dispersion und damit mit hoher potenzieller biologischer Verfügbarkeit enthalten können.
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Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der lipophile Wirkstoff ein Vitamin oder ein Terpen, wobei unter dem Begriff ”Vitamin” bzw. dem Begriff ”Terpen” auch Gemische von verschiedenen Vitaminen bzw. Terpenen verstanden werden sollen. Insbesondere Vitamine und Terpene lassen sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gut verkapseln.
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Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapseln weisen insbesondere dann einen besonders hohen physiologischen und/oder pharmakologischen Wert auf, wenn die disperse O1-Phase der in der Mikrokapsel enthaltenden O1/W1-Emulsion einen möglichst hohen Anteil an Tropfen enthält, die einen Durchmesser von ≤ 100 Nanometer aufweisen, da nach Gabe und Freisetzung der entsprechenden Emulsion der Wirkstoff entsprechend fein verteilt und damit in hohem Maße bioverfügbar ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen daher zumindest 10% der Tropfen der dispersen O1-Phase einen Durchmesser von ≤ 100 Nanometer auf, vorzugsweise zumindest 20% der Tropfen, bevorzugt zumindest 30% der Tropfen, weiter bevorzugt zumindest 40% der Tropfen, mehr bevorzugt zumindest 50% der Tropfen, mehr bevorzugt zumindest 60% der Tropfen, noch mehr bevorzugt zumindest 70% der Tropfen, besonders bevorzugt zumindest 80% der Tropfen und am meisten bevorzugt zumindest 90% der Tropfen.
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Es kann bevorzugt sein, dass der in der kontinuierlichen W1-Phase enthaltene Alkohol Ethanol, Propanol oder Isopropanol ist. In Ethanol, Propanol oder Isopropanol weisen Prolamine eine sehr gute Löslichkeit auf. Darüber hinaus sind die Alkohole Ethanol, Propanol oder Isopropanol aus lebensmitteltechnischer und medizinischer Hinsicht unbedenklich. Ferner können die vorstehend genannten Alkohole leicht durch Erwärmen aus den mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapseln entfernt werden, wenn das die O2-Phase bildende Material in verfestigter Form, das heißt als Kapselwand, eine Permeabilität für diese Alkohole besitzt.
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Es kann vorgesehen sein, dass in der W1-Phase 5 bis 30 Gew.-% Wasser enthalten sind bezogen auf das Gesamtgewicht von Alkohol und Wasser, vorzugsweise 10 bis 25 Gew.-% und besonders bevorzugt 15 bis 20 Gew.-%. Enthält die alkoholische W1-Phase Wasser in den angegebenen Wertebereichen, so weist sie eine besonders gute Löslichkeit für Prolamine auf.
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Um eine Reduktion der Größe der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapseln zu erleichtern, kann es gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass in der W1-Phase ein Titandioxid dispergiert ist.
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Als Prolamine werden Reserveproteine aus Getreidearten bezeichnet. Beispiele für Prolamine sind beispielsweise Gliadin aus Weizen, Secalin aus Roggen, Hordein aus Gerste und Zein aus Mais. Während die Prolamine der vorstehend genannten Getreidearten ca. 50 Gew.-% des Proteins des reifen Korns ausmachen, kommen sie beispielsweise in Hafer oder Reis nur zu ca. 10 Gew.-% vor. Die Prolamine sind in alkoholischer Lösung löslich und können so von den zurückbleibenden Glutelinen getrennt werden, mit denen zusammen sie den sogenannten Kleber (Gluten) des Getreides bilden. Prolamine und viele der Gluteline sind miteinander strukturell verwandt, wobei die letzteren durch Disulfidbrücken verbundene polymere Aggregate ausbilden. Aus diesen entstehen nach reduktiver Auftrennung ebenfalls alkohollösliche Untereinheiten, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls zu den Prolaminen gerechnet werden.
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Das in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzte Prolamin bewirkt eine Stabilisierung der in das Verfahren eingesetzten O1/W1-Emulsion. Wird einer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapsel der Alkohol oder ggf. der Alkohol und Wasser entzogen, so bewirkt das Prolamin, dass die O1-Phase in der Mikrokapsel nach wie vor in Form von einzelnen Tropfen vorliegt, indem das Prolamin eine Art feste Matrix ausbildet, in welcher die O1-Phase eingebettet ist.
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Es wurde festgestellt, dass insbesondere die Prolamine von Roggen, von Gerste, von Hirse, von Reis, von Weizen oder von Mais, vorzugsweise das Prolamin von Mais, geeignet sind, die O1/W1-Emulsion zu stabilisieren bzw. bei Entzug der alkoholischen Lösung aus entsprechenden Mikrokapseln als Matrixmaterial zu dienen. Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher das Prolamin ein Prolamin von Roggen, von Gerste, von Hirse, von Reis, von Weizen oder von Mais, insbesondere ein Prolamin von Mais.
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Das die O2-Phase bildende Material wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren in flüssiger Form in die Emulgierkammer eingeführt. Die Verflüssigung erfolgt dabei durch eine entsprechende Erwärmung des O2-Phase-Materials. Das Material kann grundsätzlich jeglicher Natur sein, Grundvoraussetzung ist jedoch, dass es bei Raumtemperatur fest ist. Dabei soll unter dem Begriff ”fest” nicht nur starr verstanden werden, sondern jeglicher Zustand des Materials, welcher eine sichere Handhabung der Mikrokapseln bei Raumtemperatur erlaubt.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das die O2-Phase bildende Material ein Fett, ein Wachs oder ein hydriertes Pflanzenöl. Der Einsatz von Fetten oder Wachsen hat den Vorteil, dass diese verhältnismäßig kostengünstig im Handel erhältlich sind, so dass das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von Fett oder Wachs als das die O2-Phase bildende Material zu besonders kostengünstigen Mikrokapseln führt. Darüber hinaus sind Fette und Wachse in der Regel physiologisch unbedenklich. Ferner können Fette und Wachse feste Membranen ausbilden, die für Alkohole, insbesondere für Ethanol, Propanol und Isopropanol, und Wasser permeabel sind. Werden somit als das die O2-Phase bildende Material Fette oder Wachse eingesetzt, so kann den mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapseln auf besonders einfache Weise der Alkohol und Wasser entzogen werden.
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Als Fette und Wachse können beispielsweise tierische, pflanzliche oder synthetische Fette bzw. Wachse eingesetzt werden. Bevorzugte tierische Wachse sind beispielsweise Waalrat oder Bienenwachs. Bevorzugte pflanzliche Wachse sind beispielsweise Karnaubawachs oder Zuckerrohrwachs.
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Um eine ausreichende Temperaturstabilität der Kapselwände der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapseln zu gewährleisten und um eine Agglomeration der Mikrokapseln zu verhindern, weist das die O2-Phase bildende Material einen Schmelzpunkt in einem Bereich von 20 bis 90°C auf, vorzugsweise einen Schmelzpunkt in einem Bereich von 30 bis 85°C, bevorzugt einen Schmelzpunkt in einem Bereich von 35 bis 80°C, weiter bevorzugt einen Schmelzpunkt in einem Bereich von 40 bis 75°C und mehr bevorzugt einen Schmelzpunkt in einem Bereich von 45 bis 70°C.
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Handelt es sich bei dem die O2-Phase bildenden Material um ein Stoffgemisch, wie beispielsweise um ein natürliches Fett oder ein natürliches Wachs, so ist das Material ein Stoffgemisch und weist keinen Schmelzpunkt sondern einen Schmelzbereich auf. In diesem Fall liegt der Schmelzbereich des Materials in den Grenzen der oben angegebenen Temperaturbereiche. Auch ist es möglich durch Zugabe von als Lebensmittel zugelassenen Additiven, vorzugsweise Fettsäuresalze wie beispielsweise Calciumstearat, den Schmelzbereich des die O2-Phase bildenden Materials wesentlich zu erhöhen.
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Wenn es sich bei dem lipophilen Wirkstoff um eine flüchtige Substanz oder um ein Substanzgemisch mit flüchtigen Bestandteilen handelt, kann diese im Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens aus der O1/W1-Emulsion entweichen, und zwar insbesondere dann, wenn die Emulsion mit dem erwärmten, die O2-Phase bildenden Material in Kontakt tritt. Um ein Entweichen eines flüchtigen Wirkstoffs aus der O1/W1-Emulsion zu vermeiden, wird deshalb gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Emulgierkammer temperiert, vorzugsweise auf eine Temperatur von maximal 10°C oberhalb des Schmelzpunktes des die O2-Phase bildenden Materials, bevorzugt auf eine Temperatur von maximal 5°C oberhalb des Schmelzpunktes des die O2-Phase bildenden Materials und weiter bevorzugt auf eine Temperatur von maximal 3°C oberhalb des Schmelzpunktes des die O2-Phase bildenden Materials.
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Die Temperierung der Emulgierkammer hat ferner den Vorteil, dass sie der Verfestigung des die O2-Phase bildenden Materials und damit einer Verstopfung der Kammer entgegenwirkt.
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Handelt es sich bei dem die O2-Phase bildenden Material um ein Stoffgemisch mit einem Schmelzbereich, so gelten die vorstehenden Angaben der maximalen Temperatur bezüglich der Obergrenze des Schmelzbereichs entsprechend.
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Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in der Emulgierkammer die O1/W1-Emulsion in dem die O2-Phase bildenden Material mittels Ultraschall emulgiert. Grundsätzlich kann hierbei Ultraschall mit einer Frequenz von 10 kHz bis zu 1 GHz eingesetzt werden. Um eine möglichst hohe Dispersion der O1/W1-Emulsion in der O2-Phase zu erhalten, ist es jedoch von Vorteil, wenn ein Ultraschall mit einer hohen Intensität und mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz zum Einsatz kommt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher das Emulgieren der O1/W1-Emulsion in dem die O2-Phase bildenden Material in der Emulgierkammer mittels eines Ultraschalls mit einer Intensität von 50 bis 5000 W/cm2 durchgeführt, vorzugsweise mit einer Intensität von 200 bis 2500 W/cm2 und besonders bevorzugt mit einer Intensität von 500 bis 1500 W/cm2.
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In diesem Zusammenhang kann es weiter bevorzugt sein, wenn das Emulgieren der O1/W1-Emulsion in dem die O2-Phase bildenden Material in der Emulgierkammer mittels eines Ultraschalls mit einer Frequenz von 20 kHz bis 500 MHz durchgeführt wird, vorzugsweise mit einer Frequenz von 20 kHz bis 100 kHz und besonders bevorzugt mit einer Frequenz von 20 kHz bis 40 kHz.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die multiple Emulsion O1/W1/O2 in Form von Tropfen aus der Emulgierkammer ausgetragen. Die Größe der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbaren Mikrokapseln kann in weiten Bereichen variieren, wobei beachtet werden sollte, dass der mittlere Durchmesser der aus der Emulgierkammer ausgetragene Tropfen zumindest ein wenig größer ist als der mittlere Tropfendurchmesser der O1/W1-Emulsion in der O2-Phase. Vorzugsweise wird die multiple Emulsion O1/W1/O2 aus der Emulgierkammer in Form von Tropfen ausgetragen, die einen mittleren Durchmesser von 1 bis 1000 Mikrometer aufweisen, vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 10 bis 500 Mikrometer, bevorzugt einen mittleren Durchmesser von 20 bis 300 Mikrometer und besonders bevorzugt einen mittleren Durchmesser von 50 bis 200 Mikrometer.
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Bevorzugt erfolgt das Austragen der multiplen Emulsion O1/W1/O2 aus der Emulgierkammer in Form von Tropfen mittels einer Vernebelungsvorrichtung.
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Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die aus der Emulgierkammer ausgetragenen Tropfen der multiplen Emulsion O1/W1/O2 auf eine Temperatur temperiert, welche eine Verfestigung des die O2-Phase bildenden Materials erlaubt. Insbesondere um eine weitgehend vollständige Verfestigung des Materials in verhältnismäßig kurzer Zeit zu erlauben, kann gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Temperieren der ausgetragenen Tropfen der multiplen Emulsion mittels einer Atmosphäre erfolgen, die eine Temperatur in einem Bereich von –60 bis 10°C aufweist, vorzugsweise eine Temperatur in einem Bereich von –50 bis 5°C, bevorzugt eine Temperatur in einem Bereich von –40 bis 0°C und besonders bevorzugt eine Temperatur in einem Bereich 15 von –30 bis –5°C.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren einen Verfahrensschritt g) umfasst, welcher die Entfernung von Alkohol oder Alkohol und Wasser aus der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Mikrokapsel beinhaltet. Dadurch wird beispielsweise gewährleistet, dass auch bei langen Lagerzeiten der Mikrokapseln kein Alkohol aus den Mikrokapseln ausdunsten kann, so dass die Ausbildung explosiver Gemische vermieden wird.
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Die Entfernung des Alkohols bzw. des Alkohols und des Wassers kann beispielsweise erfolgen, indem die Mikrokapseln auf eine Temperatur nahe des Schmelzpunktes des die O2-Phase bildenden Materials erwärmt werden, wobei das Material eine Permeabilität für Alkohol und Wasser aufweisen muss.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Emulsions-Herstellungsvorrichtung zur Herstellung einer multiplen Emulsion Öl-in-Wasser-in-Öl (O1/W1/O2) für die Herstellung von Mikrokapseln gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend
- – eine ringförmige Emulgierkammer mit einer ersten Zuleitung für die Zufuhr einer Emulsion Öl-in-Wasser (O1/W1) in die Emulgierkammer und mit einer zweiten Zuleitung für die Zufuhr eines die O2-Phase bildenden Materials in die Emulgierkammer;
- – eine Aufnahme für die Aufnahme einer Sonotrode einer Ultraschallvorrichtung, wobei die Aufnahme von der Emulgierkammer umringt ist;
- – eine mit der Emulgierkammer leitungsverbundene Vernebelungsvorrichtung zum tropfenförmigen Austragen von in der Emulgierkammer mittels Ultraschall hergestellter multipler Emulsion;
- – einer Temperiereinrichtung zum Temperieren der Emulgierkammer.
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Die Temperierkammer dient dazu, eine Verfestigung des die O2-Phase bildenden Materials in der Emulgierkammer zu unterdrücken oder weitgehend zu verhindern.
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Gemäß einer fertigungstechnisch einfachen und damit kostengünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Temperiereinrichtung als Temperierkammer ausgebildet zum Durchleiten eines Temperiermediums, wobei die Temperierkammer mit einem Zulauf und mit einem Ablauf versehen ist zum Zu- bzw. Abführen von Temperiermedium zu/von der Temperierkammer.
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Bevorzugt ist es ferner, wenn die Temperierkammer ringförmig ausgebildet ist und die Emulgierkammer umringt. Dadurch wird gewährleistet, dass zwischen der Temperierkammer und der Emulgierkammer ein hoher Wärmeaustausch stattfinden kann.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Zuleitung und/oder die zweite Zuleitung der Emulgierkammer die Temperiereinrichtung durchlaufen. Dadurch wird gewährleistet, dass die O1/W1-Emulsion und/oder das die O2-Phase bildende Material bereits vor dem Eintritt auf technisch einfache Weise temperiert werden können.
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Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dient der Erläuterung der Erfindung.
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Beispiel:
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Zunächst wurde eine Emulsion Öl-in-Wasser (O1/W1) hergestellt. Dazu wurden in einem ersten Schritt zur Herstellung der W1-Phase 60 g Gliadin aus Weizen als Prolamin (Fluka 48960) in 240 g Ethanol bei 40°C über einen Zeitraum von 15 min unter starker Rühren gelöst. Die so erhaltene Lösung wurde zur Abtrennung von festen Rückständen (Ca 2 g) abfiltriert. In einem zweiten Schritt wurde die vorstehend genannte Lösung in einem auf 40°C temperierten Becherglas mittels einer 50 W Ultraschallsonde P 100 H (Dr. Hielscher) während eines Zeitraums von 3 min und bei einer Frequenz von 40 kHz mit 300 ml Cavacrol (Fluka 22051) als lipophilem Wirkstoff zu einer O1/W1-Emulsion emulgiert.
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Als das die O2-Phase bildende Material wurde Stearinsäure ausgewählt, wobei vor dem Einführen in die Emulgierkammer diese auf eine Temperatur von 70°C erwärmt und dabei vollständig aufgeschmolzen wurde.
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30 g/min der O1/W1-Emulsion und 10 g/min des die O2-Phase bildenden Materials wurden mittels einer peristaltischen Pumpe in eine auf 63°C temperierte Ringkammer als Emulgierkammer eingeleitet, mittels eines Ultraschalls mit einer Frequenz von 30 kHz emulgiert und die resultierende O1/W1/O2-Emulsion mittels einer Ultraschall-Düse selbiger Frequenz in Form von Tropfen aus der Kammer ausgetragen.
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Die ausgetragenen Tropfen wurden in einem auf –30°C temperierten Behälter aufgefangen und über einen Zeitraum von 15 min ausgehärtet.
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Die so erhaltenen Mikrokapseln wurden in einer Fließbettanlage (Glatt GPCG 1) über einen Zeitraum von 15 min mit 50 m3/h Fluidisierungsluft mit einer Temperatur von 40°C gewirbelt, um den Ethanol aus den Mikrokapseln zu entfernen.
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Anschließend wurden die erhaltenen Mikrokapseln mittels eines Siebs mit 0,5 mm-Maschenweite gesiebt und das Oberkorn entfernt.
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Die Zeichnung dient im Zusammenhang mit der nachstehenden Beschreibung der Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es zeigt:
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1: schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Emulsions-Herstellungsvorrichtung im Querschnitt.
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In der 1 ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte Emulsions-Herstellungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Die Emulsions-Herstellungsvorrichtung 10 umfasst eine zylinderförmige Aufnahme 20 für die Aufnahme einer zylinderförmigen Sonotrode einer an sich bekannten und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellten Ultraschallvorrichtung. Die in die Aufnahme 20 einzuführende Sonotrode weist derartige Abmessungen auf, dass die die Aufnahme 20 begrenzenden Flächen an der Sonotrode zur Anlage kommen, um den Ultraschall möglichst effektiv auf die die Aufnahme 20 umgebende ringförmige Emulgierkammer 30 zu übertragen.
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Die Emulgierkammer 30 ist mit einer ersten Zuleitung 32 versehen für die Zufuhr einer Emulsion Öl-in-Wasser (O1/W1) in die Emulgierkammer 30 und mit einer zweiten Zuleitung 34 für die Zufuhr eines die O2-Phase bildenden Materials in die Emulgierkammer 30.
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Die Emulgierkammer 30 ist mit einer an sich bekannten und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellten Düse als Vernebelungsvorrichtung zum tropfenförmigen Austragen von in der Emulgierkammer 30 mittels Ultraschall hergestellter multipler Emulsion versehen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst ferner eine ringförmig ausgebildete Temperierkammer 40 als Temperiereinrichtung zum Temperieren der Emulgierkammer 30. Die ringförmige Temperierkammer 40 ist derart angeordnet, dass sie die Emulgierkammer 30 umringt, um einen möglichst intensiven Wärmeaustausch zwischen der Temperierkammer 40 und der Emulgierkammer 30 zu gewährleisten.
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Die Temperierkammer 40 ist mit einem Zulauf 42 und mit einem Ablauf 44 versehen zum Zu- bzw. Abführen von Temperiermedium zu/von der Temperierkammer 40.
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Die erste Zuleitung 32 und die zweite Zuleitung 34 der Emulgierkammer 30 durchlaufen die Temperierkammer 40, wodurch eine Temperierung der durch die Zuleitungen 32 und 34 tretenden Medien vor Eintritt in die Emulgierkammer 30 bewerkstelligt werden kann.