DE102011052708A1

DE102011052708A1 - Verfahren zum Schutz photolabiler Wirkstoffe

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Publication number: DE102011052708A1
Application number: DE102011052708A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-15
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2013-02-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz und zur Stabilisierung von photolabilen Wirkstoffen, insbesondere Vitaminen, in Futter- und Nahrungsmitteln durch photoprotektive Substanzen.

Description

Die Erfindung betrifft den UV-Schutz von photolabilen Wirkstoffen in Lebens- und Futtermitteln, der einem Abbau, einer Schädigung oder einer völligen Zerstörung der Wirkstoffe entgegenwirkt.
Zahlreiche in unverarbeiteten und verarbeiteten Lebens- und Futtermitteln vorkommende Wirkstoffe sind instabil. Faktoren, die diese Stabilität beeinflussen können, sind Sauerstoff, Temperatur und Licht. Von besonders schädigender Wirkung ist dabei das Licht. Dabei spielen die durch UV-Strahlung produzierten Schädigungen eine besondere Rolle. Bei der Be- und Verarbeitung von Lebens- und Futtermitteln werden verschiedene Verfahren angewendet, die die schädigenden Einflüsse auf die Wirkstoffe reduzieren helfen. So werden gegebenenfalls erhöhte Be- und Verarbeitungs- bzw. Lagertemperaturen bei wärmelabilen Inhaltstoffen vermieden. Sauerstoffbedingte Oxidationsprozesse werden durch inerte Gase oder durch den Einsatz von natürlichen oder synthetischen Antioxidantien reduziert. Zum Schutz vor Lichteinflüssen werden die Produkte in der Regel in Behältnisse verpackt, die den Lichteinfluß reduzieren oder ausschließen können.
Zu den besonders empfindlichen Wirkstoffen gehören die Vitamine. Vitamine sind niedermolekulare, organische Verbindungen, die von Mensch und Tier nicht oder nur unzureichend synthetisiert werden. Sie sind für physiologische Abläufe essentiell, besitzen aber keine nutritive oder strukturgebende Bedeutung für den Organismus. Pflanzen und Mikroorganismen können diese für den Zellstoffwechsel benötigten Verbindungen selber produzieren. Mensch und Tier haben im Zuge der Evolution diese Fähigkeit eingebüßt. Da ihnen die für die Biosynthese von Vitaminen notwendigen Enzyme fehlen, wurden für sie die Vitamine zu essentiellen Nahrungsbestandteilen. Fehlen Vitamine in der Nahrung oder werden sie unzureichend im Magen-Darm-Trakt resorbiert, so treten charakteristische Mangelerkrankungen auf, die durch Vitamingaben behoben werden können.
Die Unterteilung der Vitamine erfolgt entsprechend ihrer physiko-chemischen Eigenschaften. In Abhängigkeit von ihrer Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln oder in Wasser werden sie der Gruppe der fettlöslichen Vitamine (Vitamine A, D, E und K) oder der Gruppe der wasserlöslichen Vitamine (Vitamine B₁ (Thiamin), B₂ (Riboflavin), B₆ (Pyridoxin), B₁₂ (Cobalamin), Folsäure, Biotin, Niacin, Pantothensäure, Vitamin C) zugeordnet. Hinsichtlich ihrer biologischen Funktionen stellen viele wasserlösliche Vitamine Cofaktoren für Enzyme dar, die Vitamine A und D beeinflussen die genetische Expression, und die Vitamin E und C sind Antioxidantien. Die Bedeutung der Vitamine liegt ferner in ihrer Funktion als Stabilisator von Membranen, Protonen- und Elektronenüberträger.
Vitamine werden aber nicht nur über den oralen Weg verabreicht. Alternative Routen sind Infusionen und Injektionen. Bei bestimmten Hauterkrankungen und zur Verminderung der Faltenbildung im kosmetischen Bereich werden Vitamin A und D sowie deren Derivate auch lokal auf die Haut aufgetragen.
Vitamine weisen eine generelle Empfindlichkeit gegenüber Licht, vor allem der UV-Strahlung, auf. Dabei ist der Grad der Empfindlichkeit unterschiedlich. Besonders empfindlich gegenüber Licht sind Vitamin A (Retinol und Retinylester) und seine Derivate wie vor allem die Retinsäure (Isotretinoin) und das Riboflavin. So kommt es unter Licht zu einem Verlust von 80 % des Wirkstoffes von Riboflavin. Andere besonders empfindliche Vitamine sind die fettlöslichen Vitamine D, K und E und die wasserlöslichen Vitamine Thiamin und Coenzym Q_10.Der Verlust für Thiamin in 24 Stunden beträgt etwa 20 %. Dabei ist nicht nur das Vitamin selber von Bedeutung, sondern auch die Form, in der es vorliegt. Besonders empfindlich sind die Vitamine in gelöster Form. Besonders auch bei Mischungen liegen unter Stabilitätsgesichtspunkten komplizierte und kritische Verhältnisse vor.
Möglichkeiten zur Stabilisierung der Vitamine sind somit von außerordentlichem Interesse. Wegen der extremen Empfindlichkeit gegen Lichteinfluß ist der an sich erwünschte Einsatz stark eingeschränkt.
Polyphenole sind aromatische Verbindungen, die zwei oder mehr direkt an einen aromatischen Ring gebundene Hydroxygruppen enthalten und die zu den sekundären Pflanzenstoffen gerechnet werden. Natürliche Polyphenole kommen in Pflanzen als bioaktive Substanzen wie Farbstoffe, Geschmacksstoffe und Tannine vor. Sie sollen die Pflanze vor Prädatoren schützen oder durch ihre Farbe Insekten zur Bestäubung anlocken. Aufgrund ihrer antioxidativen Wirkung und der Filterung energiereicher UV-B-Strahlung dienen Polyphenole manchen Pflanzen als Schutz für den Photosynthese-Apparat.
Die Einteilung der Polyphenole erfolgt in die Phenolcarbonsäuren bzw. Phenolsäuren (Hydroxyzimtsäure, Hydroxybenzoesäure und deren Derivate), die Hydroxyzimtsäurederivate (Kaffeesäure, p-Cumarsäure, Fumarsäure, Sinapinsäure, Coutarsäure, Caftarsäure, Fertarsäure und deren Derivate), Stilben (Reservatol und Derivate), Benzoesäurederivate (p-Hydroxybenzoesäure, Vanillinsäure, Protocatachusäure, Gallussäure und deren Derivate) und Flavonoide (Flavan-3-ole (Catechine, Epicatechine, Gallocatechine, Epigallocatechine, Gallussäureester), Flavan-3,4 diole), Flavanole (Quercetin), Flavanone, Flavone, Flavanole, Isoflavone, Isoflavane, Proanthoganidine und Anthocyanidine (Cyanidin, Delphinidin, Pelargonidin, Malvidin, Peonidin, Petunidin). Alle diese Verbindungen existieren in freier oder veresterter Form als Acylierungen und in Form anderer Derivate.
Im Bereich der Ernährung von Mensch und Tier stehen die gesundheitsfördernden Wirkungen der Polyphenole im Vordergrund. Wesentliches Augenmerk liegt hier in ihrer Bedeutung als Antioxidans. Dies betrifft sowohl Effekte im Organismus selber als auch in Lebens- und Futtermitteln als Schutz für empfindliche Wirkstoffe vor Oxidationsprozessen.
Eine Gruppe von Polyphenole weist besonders im UV-Bereich ausgeprägte Filterfunktionen auf. So hat Sinapinsäure, ein Derivat der Zimtsäure, Ferulasäure, Kaffeesäure und Chlorogensäure ein UV-Absorptionsmaximum bei 320–330 nm, das Quercetin bei 375 nm, die Gallussäure bei 254 nm und die Cumarsäure bei 295 nm. Die Absorptionsmaxima der natürlicherweise in Pflanzen vorkommenden Polyphenole sind damit vergleichbar den Benzophenonen, die typische synthetische UV-Filter darstellen. Untersuchungen konnten zeigen, daß die pflanzlichen Polyphenole eine hohe Stabilität gegenüber UV-Strahlung besitzen. Eine UV-Bestrahlung für 7 Tage zeigte keinen vermindernden Einfluß auf Quercetin oder Chlorogensäure.
Die Polyphenole wie die Sinapinsäure, Ferulasäure, Kaffesäure, Chlorogensäure, Quercetin, Gallussäure und Cumarsäure kommen in substantiellen Mengen in Nahrungs- und Genußmitteln pflanzlicher Herkunft vor. Für die Mehrzahl von ihnen gilt, daß es sich um toxikologisch weitgehend inerte Substanzen handelt.
So kann eine Tasse Kaffee 25–75 mg Kaffesäure enthalten, was bei starken Kaffetrinkern zu einer täglichen Aufnahme von bis zu 500 mg führt. Ferulasäure kommt in höheren Konzentrationen in Asant und anderen Ferulagewächsen, Dill und bestimmten Gräsern vor. Eine wesentliche Quelle für mit Ferulasäure veresterten Phytosterolen (beispielsweise Triterpenen, Camesterol, Stigmasterol und ß-Sitosterol) ist Reiskeimöl. Als isoliertes Produkt ist es als gamma-Oryzanol (Hentry Lamotte Oils GmbH) auf dem Markt.
Quercetin kommt pflanzlichen Lebensmitteln im Bereich von 1–500 mg/kg vor. Besonders reich sind Kapern (1800 mg/kg), Zwiebeln (250–500 mg/kg), Äpfel (20–400 mg/kg) und Brokkoli (30 mg/kg).
Sinapinsäure kommt in der Natur vor allem in Rapssamen vor. Der Gesamtgehalt von Phenolsäuren in Rapssamenmehl ist deutlich höher als bei anderen Ölpflanzen (z.B. Erdnuß: 636 mg/kg, Raps: 6399 mg/kg). Den größten Anteil an Phenolsäuren im Rapssamen machen mit 70–85% die Sinapinsäure bzw. ihre Ester aus. In Reiskeimöl kommt mit einem Anteil von bis zu 20000 mg/kg die veresterte Form der Ferulasäure vor.
Alle oben beschriebenen Polyphenole werden als nicht toxisch (Kaffeesäure, Ferulasäure) eingestuft, bzw. haben GRAS (generaly regarded as safe) Status wie im Falle von Quercetin und sind damit für den Einsatz in Lebens- und Futtermitteln da unbedenklich bestens geeignet.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Stabilisierung von photolabilen Wirkstoffen gegenüber ultravioletter Strahlung – im Nachfolgenden UV-Strahlung genannt – durch pflanzliche Polyphenolen.
Unter UV-Strahlung werden erfindungsgemäß die Wellenlängenbereiche der UVB-Strahlung (280–320 nm), der UVA2-Strahlung (320–340 nm) und die UVA1-Strahlung (340–400 nm) zusammengefaßt. Auch das die Ferne UV-Strahlung (200–280 nm), die Vakuum UV-Strahlung (100–200 nm) und die Extreme UV-Strahlung (1–100 nm) sind unter dem Begriff UV-Strahlung zusammengefaßt.
Interessanterweise wurde erstmals gefunden, daß die Ölmatrix einen sehr starken Einfluß auf die Stabilität von Wirksoffen wie beispielsweise Vitamin A hat. So weist Vitamin A in Rapsöl und in Reiskeimöl eine mehr als 3 fache höhere Stabilität gegenüber UV-Strahlung auf als in allen anderen verwendeten Ölträger (Sonnenblumenöl, Erdnußöl, Palmöl, Olivenöl). Bei allen diesen Ölen war die Stabilität vergleichsweise gering. In weiteren Schritten konnte gezeigt werden, daß dieser Stabilitätszuwachs im Zusammenhang mit dem wichtigsten Polyphenol im Rapsöl, der Sinapinsäure, und dem gamma-Oryzanol, einem Ferulasäureester im Reiskeimöl steht.
Die vorliegende Erfindung löst daher das ihr zugrundeliegende technische Problem des Schutzes photolabiler Wirkstoffe durch die Verwendung von farblosen Polyphenolen als UV-Filter.
In der bevorzugten Ausführungsform werden die photolabilen Vitamine durch die Polyphenole geschützt, die ihr Absorptionsmaximum im Bereich von 200–400 nm haben.
Diese Ziel wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, die Schutzsubstanzen gemäß Anspruch 2, den zu schützenden Substanzen gemäß Anspruch 3 und die Anwendungsbereiche gemäß Ansprüchen 6 und folgenden gelöst.
Als zu schützende Wirkstoffe kommen sämtliche Wirkstoffe in Frage, die eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber UV-Strahlung aufweisen. Im erfindungsgemäßen Schutzverfahren betrifft dies beispielsweise die Vitamine.
Unter Vitaminen sind erfindungsgemäß fettlösliche Vitamine (Vitamine A, D, E und K) und wasserlösliche Vitamine (Vitamine B₁ (Thiamin), B₂ (Riboflavin), B₆ (Pyridoxin), B₁₂ (Cobalamin), Folsäure, Biotin, Niacin, Pantothensäure, Vitamin C) zu verstehen. Die erfindungsgemäß in Frage kommenden Vitamine umfassen sowohl alle natürlich vorkommenden Formen dieser Substanzen, alle Veresterungen oder andere Modifikationen sowie Vorstufen oder Derivate. Sie umfassen Substanzen die aus natürlichen Quellen oder aus der chemischen Synthese stammen. Dies umfaßt auch die biomimetische Synthese, die Semisynthese und die Synthese aus Zellkulturen von beispielsweise Pflanzen, Algen, Pilzen und Bakterien.
Unter Polyphenolen sind erfindungsgemäß alle derartigen in Pflanzen vorkommenden Verbindungen sowie deren Derivate und Modifikationen, insbesondere Veresterungen, zu verstehen. Die erfindungsgemäß in Frage kommenden Polyphenole umfassen sowohl natürliche als auch chemisch synthetisierte Formen dieser Substanzen. Dies umfaßt auch die biomimetische Synthese, die Semisynthese und die Synthese aus Zellkulturen von beispielsweise Pflanzen, Algen, Pilzen und Bakterien.
In bevorzugter Weise werden solche polyphenolischen Verbindungen verwendet, die im UV-Bereich Licht absorbieren. Dieser Bereich deckt bevorzugt das Lichtspektrum zwischen 200 und 400 nm Wellenlänge ab. Sie werden auch als farblose Polyphenole bezeichnet.
Besonders im UV-Bereich absorbierende Polyphenole sind beispielsweise folgende Verbindungen und ihre Derivate (Absorptionsmaximum λmax in Klammer): Hydroxyzimtsäure, Hydroxybenzoesäure Hydroxyzimtsäurederivate wie Kaffeesäure (330 nm), Ferulasäure (325 nm) p-Cumarsäure (276 nm), Fumarsäure, Sinapinsäure (320 nm), Coutarsäure (270 nm), Caftarsäure (323 nm) und Fertarsäure, Stilben wie Reservatol und die Benzoesäurederivate wie p-Hydroxybenzoesäure, Vanillinsäure, Protocatachusäure (258 nm) und die Gallussäure (270 nm). Weitere Verbindungen die zu den farblosen Phenolen gehören sind die Shikimisäure (236 nm), Procyanidin B1 (277 nm), Procyanidin B2 (280 nm), Coumaroylderivat (276 nm), Coumaroylglucose (276 nm), Epicatecin (280 nm), Syringsäure (274 nm), Myrictin und Derivate (371 nm), trans-Piceid (330 nm), Quer-3-gal (356 nm), Quercetin und seine Derivate (367 nm), GRP (320 nm) und Isohamnetin und Derivat (369 nm). Ein weiteres Beispiel ist die Chlorogensäure, ein Ester der Kaffeesäure und der Chinasäure mit einem Absorptionsmaximum bei 325 nm.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen die photolabilen Wirkstoffe eine sehr hohe Stabilität gegenüber UV-Strahlung durch die Verwendung von in der Nahrung vorkommenden photoprotektiven Substanzen mit guter Verträglichkeit.
Die bevorzugte Form sind Wirkstoffe oder deren Derivate, die in Nahrungsmitteln und Futtermitteln vorkommen.
Erfindungsgemäß bevorzugte Nahrungsmittel sind beispielsweise Öle, Fette und Fettprodukte, Milch und Milchprodukte, Nahrungsmittelkonzentrate, Nahrungsergänzungsmittel, diätetische Nahrungsmittel, Getränke, Obst- Frucht- und Gemüsezubereitungen, aber auch alle anderen in dieser Gruppe fallenden Produkte sind erfindungsgemäß eingeschlossen.
Erfindungsgemäß bevorzugte Futtermittel sind beispielsweise Öle und Fette und Fettprodukte, Produkte aus Milch, Futtermittelkonzentrate, Ergänzungsfuttermittel, Alleinfuttermittel, Spezialfuttermittel für Leistung, zur Gesundheitsprävention und zur Steigerung der Produktivität, aber auch alle anderen in diese Gruppe fallenden Produkte sind erfindungsgemäß eingeschlossen.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders geeignet für den Bereich der Lebens- und Futtermittel, es ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern eignet sich auch für den Schutz von photolabilen Wirkstoffen im Bereich der Nahrungsergänzungsmittel, bei pharmazeutischen und kosmetischen Anwendungen, bei Produkten zur Körperpflege und bei der Analytik oder bei der Herstellung oder Verarbeitung dieser photolabilen Wirkstoffe.
Unter medizinischen Produkten sind beispielsweise Salben, Cremen, Lotionen, Lösungen, Tinkturen, Säfte, Tabletten, Kapseln, Pulver oder Puder zu verstehen, aber auch alle anderen in diese Gruppe fallenden Produkte sind erfindungsgemäß eingeschlossen.
Unter kosmetischen Produkten sind beispielsweise Cremen, Lotionen, Tinkturen und Lösungen zu verstehen aber auch alle anderen in diese Gruppe fallenden Produkte sind erfindungsgemäß eingeschlossen.
Je nach Einsatzzweck z.B. in kosmetischen Formulierungen können noch weitere Substanzen dem Gemisch zugesetzt werden. So können z.B. Tenside, waschaktive, pflegende, selbstbräunende Zusätze, Verdickungsmittel, Konservierungsmittel, Stabilisatoren, Emulgatoren, Duftstoffe, Farbstoffe, Antioxidantien, Vitamine, UV-Filter, Silikonöle zugesetzt werden.
Die Erfindung betrifft somit auch kosmetische Formulierungen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie neben den photolabilen Wirkstoffen auch photoprotektive Polyphenole sowie für kosmetische Formulierungen übliche Zusatzstoffe enthalten.
Die Erfindung betrifft ferner pharmazeutische Formulierungen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie neben den photolabilen Inhaltstoffen auch photoprotektive Polyphenole sowie für pharmazeutische Formulierungen übliche Zusatzstoffe enthalten.
Im Vergleich zu üblichen Verfahren ist keine photoprotektive Verpackung notwendig und/oder werden photoprotektive Substanze verwendet, die für den Verzehr bei Mensch und Tier nicht geeignet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht damit den breiten Einsatz von Vitaminen in der Lebens- und Futtermitteltechnologie, aber auch in der Pharmazie und der Kosmetik.
Die Verwendung pflanzlicher Polyphenole macht das Verfahren auch für die Anwendung in Produkten für Vegetarier geeignet.
Trotz der zitierten bekannten photoprotektiven Eigenschaften von pflanzlichen Polyphenolen wurden in letzter Zeit zur Erhöhung der Stabilisierung von photolabilen Verbindungen wie Vitaminen auf die Verwendung von lichtundurchlässigen Verpackungsmaterialien gesetzt.
Dies zeigt, daß der Fachmann die Möglichkeit der Stabilitätserhöhung durch Verwendung von pflanzlichen Polyphenolen in der Lebens- und Futtermitteltechnologie nicht als Option betrachtete und andere Wege zur Stabilitätserhöhung gegenüber dem schädlichen Einfluß der UV-Strahlung suchte.
Anwendungen
Auswahl, Einsatz und Zumischung der UV-protektiven Polyphenole
Grundsätzlich sind alle UV-protektiven Polyphenole Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ihre Auswahl kann anhand des zu schützenden Wirkstoffes erfolgen, der Verfügbarkeit für spezifische Produkte, der physikochemischen Charakteristika für den Einsatz beispielsweise in einen mehr hydrophilen oder einem mehr hydrophoben Trägermaterial.
So eignen sich für den Schutz von Vitamin D und Vitamin E beispielsweise besonders Polyphenole, die im Absorptionsmaximum von Vitamin D oder Vitamin E ebenfalls ihr Absorptionsmaximum haben, wie beispielsweise die Cumarsäure. Polyphenole mit einem höherem Absorptionsmaximum sind dagegen weniger geeignet. Für Vitamin A eignen sich besonders Schutzsubstanzen, die im Bereich von 300–380 nm absorbieren, wie beispielsweise die Zimtsäure, Ferulasäure, Kaffeesäure, Chlorogensäure oder das Quercetin. Für Vitamin K liegt das Absorptionsmaximum des Wirkstoffes zwischen 230 und 280 nm, für Thiamin liegen die Absorptinsmaxima bei 235, 245 und 265 nm und beispielsweise für Koenzym Q10 mit einem Absorptionsmaximum bei 275 nm. Entsprechend ist eine optimierte Substanzauswahl möglich. Polyphenole die in ihrem Absorptionsbereich darunter liegen sind dagegen weniger geeignet. Dies schließt jedoch nicht den Einsatz eines Gemisches aus, bei dem gegebenenfalls beispielsweise ein breiterer Bereich abgedeckt wird und so die Stabilität weiter gesteigert werden kann.
Die Polyphenole können als Einzelsubstanzen oder Substanzgemische zugegeben werden. Dabei ist erfindungsgemäßer Bestandteil die direkte Mischung der Substanzen im Produktionsprozeß oder die Verwendung von Ausgangsmaterialien, in denen die Polyphenole bereits in einer Mischung vorliegen. Darunter sind erfindungsgemäß beispielsweise natürliche Quellen zu verstehen, die bestimmte Polyphenole oder Polyphenolmischungen bereits enthalten. Dies betrifft die direkte Verwendung dieser Quellen oder die Verwendung von beispielsweise Konzentraten oder Extrakten aus diesen natürlichen Quellen.
Beispiele für direkt zu verwendende Quellen sind Pflanzenöle die bereits entsprechende Polyphenole enthalten, wie beispielsweise das Rapsöl oder das Reiskeimöl. Beispielsweise enthält Rapsöl Sinapinsäureester, die sich besonders für den Schutz von Wirkstoffen im Bereich 325 nm, wie beispielsweise Vitamin A und seine Derivate, eignen. Auch das Reiskeimöl mit bis zu 2% vorkommenden Ester der Ferulasäure (Absorptionsmaximum bei 325 nm) eignet sich für den Schutz beispielsweise von Vitamin A. Da Furansäure auch im Bereich unter 325 nm ein deutliches Absorptionsspektrum besitzt, eignete es sich auch für den Schutz von Vitamin D und Vitamin E. Ein Beispiel für ein Konzentrat wäre das unter dem Namen gamma-Oryzanol vertrieben Konzentrat von veresterter Ferulasäure aus Reiskeimöl.
Ein weiteres Beispiel sind Extrakte von Pflanzen die bekanntermaßen gute Quellen für Polyphenole sind wie beispielsweise Kaffee, Ferulagewächse, Zwiebeln und Rapssamen.
Je nach Trägersubstanz eignen sich Polyphenole oder deren Derivate. Derivate sind vor allem für den erfindungsgemäßen Einsatz der Substanzen in lipophilen Trägern geeignet.
Die erfindungsgemäß verwendeten Polyphenolkonzentration liegt zwischen 1 mg und 990 g/kg. Bei der Herstellung von Konzentraten ist die bevorzugte Konzentration 500 bis 900 g/kg. Die einzusetzende Konzentration ist umgekehrt proportional zur Empfindlichkeit des Wirkstoffes und proportional zur notwendigen oder erwünschten Schutzintensität. Bei Nahrungs- und Futtermitteln ist eine Polyphenolkonzentration von 200–5000 mg/kg Nahrungs- oder Futtermittel zu bevorzugen. Bei Nahrungsergänzungsmitteln, medizinischen oder kosmetischen Anwendungen sind auch Konzentrationen zwischen 200 mg und 900 g je kg Produkt möglich.
Stabilisierung photolabiler Substanzen in Präparaten, die zur Anreicherung von Nahrungs- und Futtermitteln dienen
Die Polyphenole können der Trägermatrix einzeln oder zusammen mit dem Wirkstoff zugesetzt werden.
Die Wirkstoffe können in der Matrix frei vorliegen oder in verkapselter Form. In diesem Fall können die schützenden Polyphenole entsprechend dem Fachmann bekannten Verfahren in die Mikroverkapselung integriert werden und so einen Schutzschild um den Wirkstoff produzieren. Die Polyphenole werden dabei im Rahmen der Mikroverkapselungstechnologie eingesetzt.
Werden größere Mengen an Wirkstoff verkapselt, so eigenen sich dafür Hartkapseln oder Soft-Gel-Kapseln. In diesem Fall erfolgt der Einbau in die jeweiligen Kapseltypen entsprechend der dem Fachmann bekannten Technologien.
Stabilisierung von photolabilen Substanzen, die natürlicherweise in Produkten vorkommen, die zur Ernährung von Mensch und Tier dienen
Nahrungs- und Futtermittel können Substanzen enthalten, die bei einer Lagerung durch die Exposition mit Licht in ihrer Aktivität vermindert werden. So betrifft dies beispielsweise die Vitamine in der Milch verschiedener Tierarten und des Menschen oder Produkten die daraus hergestellt werden; oder beispielsweise Vitamine in Frucht- und Obstsäften oder Produkten, die daraus hergestellt werden. Durch die Zugabe der pflanzlichen Polyphenole als Einzelsubstanzen oder als Gemische kann die Stabilität verbessert werden. Der Zusatz kann direkt oder in verschiedene dem Fachmann bekannte Formulierungen erfolgen. Dabei ist diese Anwendung nicht ausschließlich auf Lebens- und Futtermittel beschränkt. Sie ist auch bestens geeignet Extrakte, Konzentrate und Anreicherungen von photolabilen Substanzen in beispielsweise diätetischen Lebensmittel, Nahrungsergänzungsmitteln oder beispielsweise Vitaminpräparaten (einzeln und in Kombination) zu stabilisieren.
Stabilisierung von der fettlöslichen Vitamin A, D und E in Pflanzenölen, die bereits die natürlichen Schutzsubstanzen haben:
Hier erfolgt die Einmischung der Vitamine direkt in einer dem Fachmann hinlänglich bekannten Weise und in den üblichen Konzentrationen. Beispiele für solche Öle sind das Rapsöl und das Reiskeimöl. Alternativ kann auch die Einmischung direkt angereicherte Produkte aus diesen Ölen erfolgen. Ein Beispiel dafür ist das gamma-Oryzanol.
Stabilisierung von der fettlöslichen Vitamin A, D und E in Pflanzenölen:
Die Zumischung der Wirkstoffe in beliebiger Kombination und in den üblichen Konzentrationen sowie der Schutzsubstanzen erfolgt gemeinsam oder in aufeinanderfolgenden Schritten. Beide werden in geeignete, dem Fachmann bekannte Trägern gelöst. Für die Vitamine als Wirkstoffe sind dies ebenfalls Fette und Öle. Bei den photoprotektiven Polyphenolen ist dies abhängig von der chemischen Natur der Polyphenole. Bei den hydrophileren Verbindungen der Polyphenole eignen sich Alkohole, bei den lipophileren Derivaten wie beispielsweise Estern, können auch Öle verwendet werden. Ein natürlich vorkommendes Produkt, das die Bedingungen erfüllt, ist das gamma-Oryzanol.
Stabilisierung von Wirkstoffen bei unterschiedlichen Formulierungen in der Produktion.
Übliche Formulierungen für die Stabilisierung von labilen Wirkstoffen sind kristalline Formen, die Absorption auf Silikaträgermaterialien, die Umhüllung mit Ethylcellulose, Fettbeschichtung, Sprühtrocknung und Sprühgelierung (spry congealing) In all diesen Prozessen können Polyphenole zugesetzt werden mit dem Ziel die UV-Stabilität des Wirkstoffes oder Wirkstoffgemisches zu verbessern. Die Polyphenole können entweder frei zugegeben werden oder eine vorherige Vernetzung mit anderen Materialien ist denkbar. Besonders geeignet sind beispielsweise Proteine die mit Polyphenolen vernetzt werden können. Aufgrund ihrer hohen Affinität für Proteine ist eine stabile Wechselwirkung mit Proteinen vorhanden.
Herstellung von Vitaminkonzentraten beispielsweise für medizinische Präparate:
Bestimmte Vitamine bzw. ihre Derivate werden in der Therapie als medizinische Produkte eingesetzt. Dies betrifft vor allem Vitamin D und Vitamin A (vor allem Retinsäure – Isotertionin). Diese Substanzen sind in den medizinischen Produkten und nach Anwendung am Patienten instabil und verlieren rasch ihre Wirkung. Eine Verarbeitung zusammen mit Polyphenolen, die vor allem im Absorptionsbereich von Vitamin D (275 nm) und Vitamin A (325 nm) schützen, kann die Stabilität während der Lagerung und der Anwendung erhöhen. Für beide Wirkstoffe besonders geeignet ist beispielsweise die Ferulasäure, aber auch die Kaffeesäure, die Sinapinsäure und das Quercetin eignen sich. Die Anwendbarkeit betrifft sämtliche Formen der Verabreichung von Wirkstoffen in diesem Bereich. Dabei handelt es sich um orale, perorale oder kutane Anwendungen.
Die Stabilisierung der Wirkstoffe kann nicht nur durch die direkte Zugabe der schützenden Polyphenole zum Wirkstoff bzw. Wirkstoffträger erfolgen, sondern auch durch Integration des Polyphenols in die Umhüllung. Diese Umhüllungen betreffen Emulsionen, Verkapselungen, Soft-Kapseln, Hartkapseln und Ampullen, Flaschen und andere Verpackungsoptionen von Mengen ab 1 ml. Für die Herstellung derartiger Produkte sind dem Fachmann Verfahren bekannt. Bei Softgel-Kapseln erfolgt eine Mischung von Gelbildner und Polyphenollösung. Bei den Hartkapseln können die Polyphenole Vernetzt werden. Auch die Herstellung von Mikrokapseln aus vernetzten Polyphenolen ist möglich. Über ähnliche Verfahren ist auch eine Integration von Polyphenolen in weiche, halbweiche und stabile Kunststoffbehälter möglich. Hier ist auch die Verwendung von Polyphenolpolymeren möglich.
Unter Umhüllungen sind auch Tablettenbeschichtungen zu verstehen.
Auch die Verwendung von Polyphenolen zur Stabilisierung von Nanostrukturen ist möglich.
Diese Anwendungsbeispiele beinhalten aber auch die Anwendung im Bereich der Nahrungs- und Futtermittel, der diätetischen Lebensmittel, der Nahrungsergänzungsmittel und bei kosmetischen Produkten.
Stabilisierung von photolabilen Wirkstoffen in der Produktion
In Produktionsprozessen der Futter- und Nahrungsmittelindustrie aber auch bei der Herstellung von medizinischen und kosmetischen Produkten können photolabile Wirkstoffe der Belastung von UV-Strahlung ausgesetzt sein. Aus diesem Grund kann es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sinnvoll sein, die protektiven Polyphenole an verschiedenen Stellen des Produktionsprozesses dauerhaft oder temporär zuzusetzen, um die Stabilität der Wirkstoffe im Produktionsprozeß zu verbessern. Anwendungsabhängig können sie durch verschiedene, dem Fachmann bekannte, Verfahren wieder entfernt werden.
Stabilisierung photolabiler Substanzen in der Analytik
Bei der Analytik von Vitaminen ist die Lichtexposition vor allem bei der Probenlagerung und Probenvorbereitung kritisch. So gilt es beispielsweise bei der Analytik von Vitamin A (insbesondere Retinsäure) und Vitamin D als wichtig die Analytik unter möglichst abgedunkelten Bedingungen durchzuführen.
Durch den Zusatz der erfindungsgemäßen farblosen Polyphenole an unterschiedlichen Stellen des Probengewinnungs-, Lagerungs- und Verarbeitungsprozesses kann diese für die Analytik schwierige Bedingung optimiert werden. So können beispielsweise die Substanzen bei Blutproben beispielsweise bereits dem Blutentnahmeröhrchen zugesetzt werden, dem Serum/Plasmaröhrchen vor der Lagerung oder der Probe vor der analytischen Aufarbeitung zugesetzt werden. Bei anderen Proben wie flüssigen biologischen Materialien wie beispielsweise Milch, Öle, Säfte kann ähnlich verfahren werden. Bei festen Materialien kann die Zugabe bei dem ersten Homogenisationsschritt erfolgen.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend anhand ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
1 die Stabilität von Vitamin-A-Palmitat in verschiedenen Pflanzenölen gegenüber UV-Strahlung
2 den Einfluß der Extraktion von Polyphenolen aus Rapsöl und die Zugabe von Sinapinsäure zu extrahiertem Rapsöl auf die Vitamin-A-Stabilität gegenüber UV-Strahlung
3 den Einfluß einer Anreicherung von Erdnußöl mit ausgewählten Polyphenolen auf die UV-Stabilität von Vitamin A
4 den UV-Filtereffekt von Sinapinsäure zur Verbesserung der UV-Stabilität von Vitamin A
5 die Stabilisierung von Vitamin A gegenüber UV-Strahlung in Kuhmilch durch die Zugabe von ausgewählten Polyphenolen
6 charakteristische Absorptionsspektren von Vitamin A und ausgewählten Polyphenolen
7 den UV-Filtereffekt ausgewählter Polyphenole anhand der Bestimmung von Vitamin A über seine Autofluoreszenz
Ausführungsbeispiele
Stabilität von Vitamin-A-Palmitat in verschiedenen Pflanzenölen
Siehe dazu 1
Ein Vitamin-A-Palmitat wurde unter leichtem Erwärmen (30–45°C) von Vitamin-A-Konzentrat und Trägeröl in das Trägeröl eingemischt. Die Zielkonzentration betrug 18 mg Retinoläquivalente je kg Öl. Es wurden folgende Speiseöle verwendet: Palmöl, Reiskeimöl, Rapsöl (nativ und raffiniert), Sonnenblumenöl (nativ und raffiniert) und ein Erdnußöl. Die mit Vitamin A angereicherten Öle wurden für 240 Minuten einer UV-Strahlung mit einer maximalen Wellenlänge von 340 nm ausgesetzt. Proben wurden in Abständen von 30 Minuten entnommen und auf ihren Gehalt an Vitamin-A-Palmitat untersucht. Die Analytik erfolgte mittels Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) nach dem Fachmann bekannten Verfahren. Aus der Abnahme der Konzentration des Wirkstoffs Vitamin A wurde dessen Halbwertszeit berechnet. Die Ergebnisse zeigen, daß bei Reiskeimöl und den beiden Rapsölen (nativ und raffiniert) die Stabilität um den Faktor 3 besser war als bei allen anderen untersuchten Ölen.
Charakterisierung der für die UV-protektiven Effekte verantwortlichen Polyphenole in Rapsöl
siehe dazu 2
Die Stabilität von Vitamin A wurde in Rapsöl bestimmt. In einem Ansatz wurde das Öl unverändert eingesetzt. Zum Vergleich wurde die Ölprobe vor der Zugabe von Vitamin A vorher mit Methanol extrahiert. Dadurch wurden die Polyphenole entfernt. Diese Ölprobe wurde entweder direkt so verwendet oder es wurde Sinapinsäure (2 mM in Ethanol) zugegeben. Vitamin A lag in alle Proben in einer Konzentration von 18 mg/kg Öl vor.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Entfernung der Polyphenole die Stabilität von Vitamin A deutlich reduziert. Sie war vergleichbar mit Ölen, die natürlicherweise keine oder nur geringe Mengen an Polyphenolen enthalten. Wurde der extrahierten Rapsölprobe Sinapinsäure zugegeben, dann konnte die alte Stabilität der nicht extrahierten Ölprobe wieder erreicht werden.
Die UV-Bestrahlung und die Vitamin-A-Bestimmung erfolgt wie im vorherigen Ausführungsbeispiel.
Einfluß der Anreicherung von Erdnußöl mit unterschiedlichen Polyphenolen auf die UV-Stabilität von Vitamin A
Siehe dazu 3
Erdnußöl (Speiseöl) wurde entsprechend Versuch 1 mit 18 mg Retinoläquivalente Vitamin A-Palmitat angereichert und dann jeweils mit in Isopropanol gelösten Einzelpolyphenolen angereichert. Als Endkonzentrationen lagen die Polyphenole in einer Konzentration von 2 mM, 1 mM und 0,5 mM vor. Die Einmischung erfolgte vergleichbar der Einmischung von Vitamin A. Die mit Vitamin A angereicherten Öle wurden für 240 Minuten einer UV-Strahlung mit einer maximalen Wellenlänge von 340 nm ausgesetzt. Die Proben wurden nach 240 Minuten entnommen und auf ihren Gehalt an Vitamin A analysiert. Die Analytik erfolgte mittels Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) nach dem Fachmann bekannten Verfahren.
Die Ergebnisse zeigen, daß alle vier Polyphenole (Sinapinsäure, Kaffeesäure, Ferulasäure und Quercetin) eine UV-protektive Wirkung gegenüber dem Wirkstoff Vitamin A besitzen. Diese Wirkung war auch dosisabhängig. Die ausgeprägteste Schutzwirkung hatte Sinapinsäure.
Nachweis der Bedeutung von Sinapinsäure als UV-protektiver Filter für Vitamin A
Siehe dazu 4
Um auszuschließen, daß es sich nicht um einen möglichen antioxidativen Effekt der auch als potente Antioxidantien bekannten Polyphenole handelt, sondern um einen Filtereffekt, wurde die Sinapinsäure nicht wie im vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben, in die Ölmatix eingemischt, sondern die mit Vitamin A angereicherte Ölprobe wurde mit einer Sinapinsäurelösung (in Isopropanol) überschichtet und dann der UV-Strahlung durch diese Filterschicht ausgesetzt.
Inkubationsdauer und UV-Exposition entsprachen den vorherigen Anwendungsbeispielen; ebenso die Vitamin-A-Analyse mittels HPLC.
Die Ergebnisse zeigen, daß es auch bei der Überschichtung zu vergleichbaren Schutzeffekten wie bei der Einmischung kommt. Konzentrationen zwischen 0,1 und 1 mg/ml zeigen einen deutlichen, stabilisierenden Effekt. Dieser Effekt war dosisabhängig.
Stabilisierung von Vitamin A in Milch
Siehe dazu
Ziel des Versuches war es den protektiven Einfluß unterschiedlicher Polyphenole auf den natürlichen Vitamin-A-Gehalt von Kuhmilch zu untersuchen. Es wurde eine 3,8% Frischmilch aus dem Handel verwendet.
Bezogen auf das Gesamtvolumen wurden Sinapinsäure, Ferulasäure und Quercetin in einer Konzentration von 1, 0,5, 0,25 und 0 mg/L gelöst in Ethanol zugemischt. Die Bestimmung des Vitamin-A-Gehaltes erfolgte nach organischer Extraktion mittels Fluorometrie bei einer Anregung von 340 nm und einer Emission von 470 nm.
Die so mit Polyphenolen in unterschiedlicher Dosierung angereicherte Milch wurden für 240 Minuten einer UV-Strahlung von 340 nm (Maximum) ausgesetzt. Anschließend wurde der Gehalt an Vitamin A bestimmt.
Die Ergebnisse zeigen, daß alle drei Polyphenole eine deutliche dosisabhängige Schutzfunktion haben. Wurden keine Polyphenole zugesetzt, dann waren am Ende des Versuchs nur noch 16 % der Ausgangskonzentration an Vitamin A vorhanden.
Charakteristische Absorptionsspektren von ausgewählten Polyphenolen im UV-Bereich
Siehe dazu 6
Die Absorptionsspektren von Vitamin A und ausgewählten Polyphenolen wurden an einem Spektralphotometer über den Wellenlängenbereich von 200 bis 400 nm aufgezeichnet.
Vitamin-A-Palmitat, Ferulasäure, Kaffeesäure, Sinapinsäure und Quercetin wurden in Ethanol in einer Konzentration von 0,1 mg /ml gelöst. Folgende Abkürzungen werden in 6 verwendet (FS= Ferulasäure; KS = Kaffesäure, SS = Sinapinsäure; Q = Quercetin; VitA = Vitamin A)
Das Ergebnis zeigt eine deutliche Absorption von Ferulasäure, Kaffeesäure, Sinapinsäure im maximalen Absorptionsbereich von Vitamin A. Sie decken das Absorptionsspektrum von Vitamin A fast vollständig ab. Auch Quercetin zeigte eine deutliche Absorption im Bereich der Vitamin-A-Absorption. Das Maximum der Absorption liegt jedoch eher im höheren UV-Bereich.
Darstellung des Filtereffektes von ausgewählten Polyphenolen anhand der Bestimmung von Vitamin A über seine Autofluoreszenz
Siehe dazu 7
Der Nachweis von Vitamin A kann anhand der charakteristischen Eigenfluoreszenz des Moleküls erfolgen. Dabei erfolgt die Anregung des Vitamin-A-Moleküls bei einer Wellenlänge zwischen 325 und 340 nm und die Emission wird bei 470 nm gemessen. Die Messung setzt voraus, daß im Lösungsmittel keine sogenannten „Inneren Filter“ vorhanden sind, die entweder die Anregung oder die Abstrahlung beeinflussen.
Vitamin A und die Polyphenole wurden in Isopropanol (IPA) gelöst.
Aufgrund der spektralen Eigenschaften von Sinapinsäure, Ferulasäure, Kaffesäure und Quercetin (siehe dazu 6) sind von diesen Substanzen solche Filtereffekte bei der Analytik zu erwarten.
Entsprechend konnte bei diesem Beispiel nachgewiesen werden, daß alle vier Komponenten einen ausgeprägten Filtereffekt haben. Bereits bei einer Konzentration von 1 mg/ml konnte Vitamin A nicht mehr nachgewiesen werden, da die anregende UV-Strahlung vollständig abgeblockt wurde.

Claims

Verfahren zur Stabilisierung von photolabilen Wirkstoffen in Lebens- und Futtermitteln durch Polyphenole.
Verfahren nach Anspruch 1, daß es sich bei den Polyphenolen um in Pflanzen vorkommende Verbindungen handelt, die vor allem im Bereich von 200 bis 400 nm Licht absorbieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den photolabilen Wirkstoffen um wasserlösliche und fettlösliche Vitamine handelt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um Benzoesäurederivate (beispielsweise Vanillinsäure, Gallussäure und Protocatechusäure), Zimtsäurederivate (beispielsweise Kaffeesäure, p-Cumarsäure, Sinapinsäure, Fumarsäure) oder Quercetin handelt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um Vitamin A, Vitamin E, Vitamin D, Vitamin K, Ribiflavin, Thiamin und Coenzym Q10 handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Lebens- und Futtermitteln um Produkte handelt, die entweder die empfindlichen Wirkstoffe bereits natürlicherweise enthalten oder mit diesen im Produktionsprozeß angereichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Lebens- und Futtermittel auch konzentrierte Einzelwirkstoffe oder konzentrierte Vormischungen von Wirkstoffen betreffen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vitamine auch als konzentrierte Einzelpräparate oder als Mischpräperate aus mehreren Wirkstoffen zur Prävention und Therapie von Mangelzuständen oder bei Erkrankungen verwendet werden können.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pflanzlichen Polyphenole alleine oder zusammen mit den Wirkstoffen der Trägermatrix zugegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pflanzlichen Polyphenole in die Verkapselung, Umhüllung oder Verpackung integriert werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyphenole zur Stabilisierung der photolabilen Wirkstoffe im Produktionsprozeß der Wirkstoffe selber oder der damit angereicherten Produkte und bei der Analytik der Wirkstoffe zugegeben werden.