DE10221127A1

DE10221127A1 - Herstellung von Formkörpern auf Basis von Stärke Gel

Info

Publication number: DE10221127A1
Application number: DE10221127A
Authority: DE
Inventors: Rolf Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2003-04-30
Also published as: US7943765B2; US20110124777A1; AU2002331517A1; US8153783B2; ES2304136T3; US20050070703A1; DE10214327A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt Stärke-Gele, insbesondere einphasige Stärke-Gele in einem thermodynamisch metastabilen, eingefrorenen Zustand, für die Herstellung von Wirkstoffen enthaltenden Formkörpern bereit. Die Gel-Struktur resultiert aus einer molekulardispersen Mischung von nichtgelierenden Stärken mit vergleichsweise tiefem Weichmachergehalt vor dem Mischvorgang und gelierenden Stärken mit vergleichsweise hohem Weichmachergehalt vor dem Mischvorgang primär durch Wechselwirkungen von nichtgelierenden Stärken mit gelierenden Stärken. Von wesentlicher Bedeutung zur Einstellung des einphasigen Zustandes und der gewünschten Eigenschaften der Gele ist eine Überhitzung und nachfolgende Unterkühlung der gelierenden Stärken vor dem Mischvorgang und die kinetische Kontrolle der Gelbildung. Gegenüber bestehenden Ansätzen zur Lösung des Gelatine-Problems im Bereich der Weichkapseln können somit entscheidende Verbesserungen erhalten werden, die insbesondere die Brüchigkeit, die Lagerstabilität unter wechselnden Bedingungen und das Sorptionsverhalten betreffen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wirkstoffen enthaltenden Formkörpern, insbesondere von einteiligen verschweißten Weichkapseln auf Basis neuartiger Stärke Netzwerke, d. h. von Stärke Gelen.

Stand der Technik

Entsprechend dem Stand der Technik werden Wirkstoffe enthaltende Formkörper wie Weichkapseln heute noch vorwiegend auf Basis von Gelatine hergestellt. Ein Ersatz von Gelatine für diese Anwendung ist aufgrund der BSE-Problematik jedoch dringlich geworden. Bisherige Alternativen zur Gelatine sind entwickelt worden, sie haben jedoch verschiedene Nachteile:

US 5'342'626 beschreibt die Herstellung von Weichkapseln mittels des rotary-die Verfahrens, wobei die Kapselhülle aus Carrageenan, Mannan-Gums, Gelan bzw. aus Mischungen dieser pflanzlichen Polysaccharide besteht. Die mechanischen Eigenschaften solcher Kapseln sind jedoch unzureichend und die verwendeten Polysaccharide außerdem zu teuer.

EP 0'397'819 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Thermoplastischer Stärke mit nur geringem kristallinen Anteil. Die Bruchdehnung entsprechender Filme ist jedoch deutlich geringer als benötigt und die Verschweißbarkeit problematisch. Ausserdem ist eine zu grosse Abhängigkeit der Kapseleigenschaften von der Luftfeuchtigkeit gegeben.

EP 304'401 beschreibt ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Thermoplastischer Stärke, wobei wiederum dieselben Nachfeile wie bei dem Verfahren nach EP 397'819 vorliegen.

EP 0'542'155 beschreibt Thermoplastische Stärke und Cellulosederivate enthaltende Mischungen, die jedoch ungenügende mechanische Eigenschaften aufweisen.

WO 01/37817 schließlich beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Weichkapseln auf Basis von Thermoplastischer Stärke mit hohem Weichmachergehalt, die ausreichende Eigenschaften zeigt. Allerdings ist die Lagerstabilität entsprechender Kapseln ungenügend, insbesondere werden durch Luftfeuchtigkeitsveränderungen untolerierbare Veränderungen der Kapselhülle erhalten. Das Material neigt außerdem zur Versprödung.

Aufgrund der verschiedenen Nachteile der bisherigen Lösungsansätze zur Herstellung von Gelatine-freien Weichkapseln wird mit der vorliegenden Erfindung eine neue Möglichkeit vorgeschlagen, wodurch sich entscheidende Fortschritte bezüglich Verarbeitbarkeit, mechanischer Eigenschaften und Lagerstabilität ergeben.

Beschreibung der Erfindung

An einen Ersatz von Gelatine für einteilige verschweißte Weichkapseln werden primär folgende Anforderungen gestellt:
Um Kapseln bilden zu können, muss der Gelatine-Ersatz zu Filmen geformt werden können, die mindestens 100% Dehnung bei 80-100°C und bei 25°C mindestens 1 MPa Festigkeit aufweisen, mit sich selbst verschweißbar sind bei Temperaturen unter 100°C und sich im Magen auflösen. Ausserdem muss die gebildete Kapsel gute Barriereeigenschaften bezüglich der Inhaltsstoffe und eine gute Lagerstabilität aufweisen, d. h. bei Temperaturen im Bereich von 10 bis 40°C und bei Luftfeuchtigkeiten im Bereich von 10 bis 90% möglichst konstante Eigenschaften zeigen. Zusätzlich muss das Material bezüglich der Gelatine preislich konkurrenzfähig sein.

Die Erfindung beruht auf neuartigen Stärke Gelen, die üblicherweise mehrere Komponenten von verschiedenen Stärken enthalten, wobei nicht gelierende Stärken wie beispielsweise Amylopektin mit gelierenden Stärken wie beispielsweise Amylose einphasige Gele bilden.

Aus Amylose und Amylopektin bestehende wässrige Mischungen zeigen bei der Abkühlung eine Phasenseparation, wobei die unterschiedlichen Moleküle sich in zwei verschiedenen Phasen konzentrieren. In der Amylopektin-Phase finden Amylopektin-Amylopektin Wechselwirkungen statt, wobei eine nur sehr geringe Neigung zur Gelbildung vorliegt, während in der Amylose-Phase Amylose-Amylose Wechselwirkungen zu einer ausgeprägten Netzwerk- oder Gelbildung führen.

Für die vorliegende Erfindung ist es wesentlich, dass diese Separation in zwei Phasen durch verschiedene Verfahrensmaßnahmen unterdrückt wird, sodass nicht klassische zweiphasige Gele, sondern neue homogene einphasige Gele entstehen, wobei Amylopektin-Amylose Wechselwirkungen strukturbildend ausschlaggebend sind. Daraus ergeben sich Eigenschaften, die für die Herstellung von Weichkapseln vorteilhaft sind. Die primär auf Amylopektin-Amylose Wechselwirkungen beruhenden neuen einphasigen Stärke Gele sind dabei in einem thermodynamisch metastabilen Zustand eingefroren, was durch spezifische Verfahrensmaßnahmen gewährleistet ist. Die Eigenschaften solcher Gele sind darum im hohen Masse vom Verfahren und den Verfahrensparametern abhängig.

Die erfindungsgemäßen einphasigen Stärke Gele sind jedoch nicht in allen Fällen völlig homogen und einphasig, es können abhängig von den Verfahrensparametern auch Bereiche von verschiedenen Ordnungsstrukturen vorliegen. Im Vergleich mit klassischen zweiphasigen Stärke Gelen, deren Phasen typischerweise größer sind als 1000 nm, sind die verschiedenen Ordnungsstrukturen bei einphasigen Stärke Gelen typischerweise kleiner als 400 nm, sodass diese Gele im allgemeinen transparent sind. Entscheidend für die Gelbildung von einphasigen Stärke Gelen ist, dass Amylose-Amylopektin Wechselwirkungen wesentlich an der Gelbildung beteiligt sind und dass die üblicherweise auftretende Entmischung von Amylose-Amylopektin Mischungen ganz oder teilweise unterdrückt wird. Dies zeigt sich darin, dass die Kristallinität gegenüber zweiphasigen Stärke Gelen gleicher Zusammensetzung deutlich erhöht ist. Allerdings kann die Kristallinität nicht in allen Fällen im WAXS-Spektrum direkt beobachtet werden, da die Kristallite oft zu klein sind, um in der Röntgenbeugung Reflexe zu verursachen, sodass hierfür andere Methoden wie DSC, NMR oder die Absorption bei 1030 bis 1047 cm^-1 herangezogen werden müssen.

Durch Kontrolle der Verfahrensparameter und durch den Einsatz geeigneter Mischungen von nicht oder nur geringfügig gelierenden Stärken mit gelierenden Amylosen oder amyloseähnlichen Stärken, die als netzwerkfähige Stärken bezeichnet werden, können aufgrund der neuartigen Struktur der einphasigen Stärke Gele Eigenschaften erhalten werden, die für Weichkapseln optimal sind. Alle erwähnten entscheidenden Bedingungen an Weichkapseln können somit erfüllt werden, insbesondere zeigen die auf Basis der einphasigen Stärke Gele erhaltenen Filme ausreichende Bruchdehnungen, Festigkeiten und eine gute Verschweißbarkeit, während im Vergleich mit den in WO 01/37817 beschriebenen Weichkapseln die Brüchigkeit bei tiefen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten massiv verbessert werden konnte. Da die Sorptionsisothermen einen flacheren Verlauf mit der Wasseraktivität zeigen und tiefer liegen als bei Thermoplastischer Stärke, ist die Lagerstabilität deutlich verbessert. Die Auflösung der Weichkapseln im Magen ist durch die Gelstruktur eingeschränkt, jedoch sind die Gele im gequollenen Zustand mechanisch von nur sehr geringer Festigkeit, sodass sie leicht zerfallen. Dieser Vorgang kann durch Zugabe von geeigneten Sprengmitteln wie beispielsweise Calciumcarbonat beschleunigt werden.

Erfindungsgemäß werden neben Weichkapseln, die aus einphasigen Stärke Gelen bestehen auch Weichkapseln beansprucht, die aus zwei oder mehrphasigen Stärke Gelen bestehen und entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellt werden. Allerdings zeigen die einphasigen Stärke Gele für diese Anwendung günstigere Eigenschaften und werden bevorzugt.

Das Verfahren kann dadurch charakterisiert werden, dass eine vorliegende Stärke oder eine Mischung vorliegender Stärken in den Schritten a) bis c) ganz oder teilweise plastifiziert, bei vergleichsweise niederem Weichmachergehalt in Schritt g) mit mindestens einer in den Schritten d) und e) ganz oder teilweise gelösten und abgekühlten netzwerkfähigen Stärke oder mit mindestens einer in den Schritten d) und e) ganz oder teilweise gelösten und abgekühlten Mischung von verschiedenen netzwerkfähigen Stärken mit vergleichsweise hohem Weichmachergehalt molekulardispers gemischt wird. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung zur Bildung in Schritt k) von einphasigen Stärke Gelen oder von zweiphasigen Stärke Gelen mit niedriger Phasengröße. Wichtige Verfahrensmaßnahmen sind dabei eine Überhitzung der netzwerkfähigen Stärke in Schritt d) und eine nachfolgende Unterkühlung in Schritt e) vor dem Mischvorgang mit der vorliegenden Stärke in Schritt g). Die Ausbildung der einphasigen Netzwerkstruktur in Schritt k) wird durch die Auswahl der Komponenten, wobei die Struktur, d. h. der Verzweigungsgrad und die Molekulargewichte von primärer Bedeutung sind, sowie durch die kinetische Kontrolle des Gelierungsvorgangs mittels der entsprechenden Verfahrensparameter ermöglicht. Die erhaltene Mischung kann dann zu Filmen geformt werden, die analog der Gelatine dem rotary-die Prozess zugeführt werden.

Vorliegende Stärken

Als vorliegende Stärke kann irgendeine Stärke oder eine Mischung verschiedener Stärken verwendet werden, Beispiele für in Frage kommende Stärken sind:

Aus Wurzeln und Knolllen erhaltene Stärken, insbesondere Kartoffelstärken, Maniokstärken, Tapiokastärken; aus Getreide erhaltene Stärken, insbesondere Maisstärken, Weizenstärken, Gerstestärken, Haferstärken, Roggenstärken, Hirsestärken; Reisstärken; Bohnenstärken; Erbsenstärken; Marantastärken; Sagostärken; Yamsstärken, Kuzustärken; durch Mutation erhaltene Stärken, beispielsweise Waxy-Mais, Waxy-Reis, Waxy-Weizen; genetisch veränderte Stärken; Stärken pflanzlichen Ursprungs; Stärken tierischen Ursprungs wie beispielsweise Glycogen; modifizierte Stärken, beispielsweise hydroxypropylierte Stärken; durch Fraktionierung erhaltene Stärken; durch chemische Veränderung erhaltene Stärken; durch Einsatz von Amylasen erhaltende Stärken wie Dextrine, Iimit-Dextrine, Maltodextrine, Oligosaccharide et.

Von besonderem Interesse sind Stärken, deren Amylopektin-Anteil einen möglichst hohen Anteil an Seitenketten mit mehr als 20, vorzugsweise mehr als 25, am bevorzugtesten mehr als 30, insbesondere von mehr als 40 Glucan Einheiten aufweist.

Als vorliegende Stärken können auch netzwerkfähige Stärken eingesetzt werden, wobei allerdings ihr Potential zur Netzwerkbildung ohne geeigneten Löse- und Unterkühlungsvorgang nur beschränkt freigesetzt wird.

Der Weichmachergehalt WM_c in Gew.-% der vorliegenden Stärken in Schritt c) vor dem Zuführen der netzwerkfähigen Stärken kann in folgenden Bereichen liegen:

1	10% ≤ WM_c < 20%
2	20% ≤ WM_c < 25%
3	25% ≤ WM_c < 30%
4	30% ≤ WM_c < 35%
5	35% ≤ WM_c < 40%
6	40% ≤ WM_c < 50%

Bevorzugt sind die Bereiche 2 bis 6, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 6, am bevorzugtesten die Bereiche 4 und 5.

Netzwerkfähige Stärken

Netzwerkfähige Stärken lassen sich auf verschiedene Art definieren. Entsprechend einer makroskopischen Definition können sie als Stärken bezeichnet werden, die unter geeigneten Bedingungen Gele bilden können. Davon ausgenommen sind reine Amylopektin Gele, die sehr lange Gelierungszeiten (Tage bis Wochen) benötigen und Gele mit nur sehr geringen Festigkeiten ergeben.

Außerdem werden als netzwerkfähige Stärken auch vorwiegend lineare Stärken bezeichnet, die in Abwesenheit weiterer Stärken keine Gele, sondern Dispersionen von Kristalliten bilden. Solche Stärken haben Polymerisationsgrade DP (Anzahl der Glucan Einheiten) von typischerweise weniger als 100, sie können jedoch in Anwesenheit von Stärken, die sowohl nicht netzwerkfähige, als auch netzwerkfähige Stärken sein können, durch Kokristallisation Gele bilden.

Netzwerkfähige Stärken können andererseits dadurch charakterisiert werden, dass die entsprechenden Moleküle lineare Anteile enthalten, wobei diese linearen Anteile Haupt- oder Seitenketten sein können mit Polymerisationsgraden von mehr als 40, vorzugsweise mehr als 60, am bevorzugtesten mehr als 80, insbesondere von mehr als 100, am insbesondersten von mehr als 140.

Der Verzweigungsgrad Q_b (Q_b = Anzahl Mole der 1,4,6-α-Glucan Einheiten/Anzahl Mole der 1,4-α-Glucan Einheiten) der netzwerkfähigen Stärken kann in folgenden Bereichen liegen:

1	0 ≤ Q_b < 1.10^-4
2	1.10^-4 ≤ Q_b < 1.10^-3
3	1.10^-3 ≤ Q_b < 2.10^-3
4	2.10^-3≤ Q_b < 5.10^-3
5	5.10^-3≤ Q_b < 8.10^-3
6	8.10^-3 ≤ Q_b ≤ 2.10^-2

Je geringer der Verzweigungsgrad, umso länger sind die linearen Anteile der Moleküle und umso größer ist im allgemeinen die Neigung zur Bildung von Netzwerken. Bevorzugt sind die Bereiche 1 bis 5, noch bevorzugter die Bereiche 1 bis 4, am bevorzugtesten die Bereiche 1 bis 3.

Der mittlere Mark-Houwink Exponent a der netzwerkfähigen Stärken kann in folgenden Bereichen liegen:

1	0.50 ≤ a < 0.60
2	0.60 ≤ a < 0.80
3	0.80 ≤ a < 1.00
4	1.00 ≤ a < 1.50
5	1.50 ≤ a < 1.80

Je höher der Mark-Houwink Exponent a, umso linearer sind die Moleküle in Lösung. Bei a = 1.8 haben die Moleküle die Form von Stäbchen. Bei tieferen Werten nehmen sie zunehmend die Form von Knäueln ein. Der Mark-Houwink Exponent reflektiert sowohl die Linearität der Moleküle als auch ihre Größe und Steifigkeit. Bevorzugt sind die Bereiche 2 bis 5, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 5, am bevorzugtesten die Bereiche 4 und 5.

Entsprechend einer weiteren Charakterisierung haben netzwerkfähige Stärken einen Amylose-Anteil (bestimmt mit der Iod-Methode) von mindestens 28%, vorzugsweise von mindestens 45%, am bevorzugtesten von mindestens 60%, insbesondere von mindestens 70%, am insbesondersten von mindestens 80%. Besonders geeignet sind Stärken mit mindestens 100% Amylose Anteil, wie dies bei den LAPS-Stärken (Low AmyloPectin Starch) der Fall ist.

Weiter können netzwerkfähige Stärken durch chemischen oder enzymatischen Abbau, insbesondere durch Entzweigung von beliebigen Stärken, vorzugsweise von Stärken mit einem Amylosegehalt von mehr als 28% erhalten werden. Hierfür werden spezifische Enzyme eingesetzt, insbesondere Amylasen wie beispielsweise

α-Amylase, β-Amylase, Glucoamylase, α-Glucosidase, exo-α-Glucanase, Cyclomaltodextrin, Glucanotransferase, Pullulanase, Isoamylase, Amylo-1,6-Glucosidase oder eine Kombination dieser und weiterer Amylasen.

Ein Beispiel von chemischem, nicht enzymatischem Abbau, ist die Hydrolyse mittels Säuren wie etwa Salzsäure.

Außerdem können netzwerkfähige Stärken durch fraktionierte Alkohol Fällung von gelösten Amylose-Amylopektin Mischungen erhalten werden. Besonders geeignet ist die Amylose-Fraktion, sowie dis "Intermediate" Fraktion, d. h. Stärken, die bezüglich ihrer Struktur und Eigenschaften zwischen Amylose und Amylopektin liegen.

Erfindungsgemäß wird als netzwerkfähige Stärke eine Stärke oder eine Mischung von Stärken bezeichnet, welche mindestens eine der obigen Bedingungen erfüllen. Typische Beispiele für netzwerkfähige Stärken sind Amylose (lineare Stärken), hochamylosehaltige Stärken mit einem Amyloseanteil oberhalb von 28%, entzweigte hochamylosehaltige Stärken, sowie entzweigte Stärken allgemein. Von besonderem Interesse sind Mischungen solcher Stärken, wobei verschiedene Mischverhältnisse eingesetzt werden können.

Für die Netzwerkfähigkeit von Stärken muss mindestens eine der obigen Voraussetzungen erfüllt sein, dies ist notwendig, jedoch nicht hinreichend. Damit netzwerkfähige Stärken tatsächlich brauchbare Gele, d. h. Netzwerke bilden können, sind auch die entsprechenden Verfahrensparameter wesentlich. Daher beruht die Unterscheidung zwischen vorliegenden Stärken und netzwerkfähigen Stärken nicht allein auf einer stofflichen und strukturellen Differenzierung, sondern auch auf ihrer spezifischen Verarbeitung, wobei netzwerkfähige Stärken entsprechend den Schritten d) bis f) vor der Mischung mit entsprechend den Schritten a) bis c) behandelten vorliegenden Stärken vorbereitet werden. Daher ist es im Prinzip durchaus möglich, dass netzwerkfähige Stärken und vorliegende Stärken stofflich identisch sind. Bevorzugt werden jedoch vorliegende Stärken und netzwerkfähige Stärken entsprechend der oben angeführten Unterscheidung.

Lösen und Unterkühlen der netzwerkfähigen Stärken

Erst durch das Lösen von netzwerkfähigen Stärken wird ihr Potential zur Bildung von Netzwerken freigesetzt. Durch Plastifizierung der vorliegenden Stärken, wie dies bei der Herstellung von Thermoplastischer Stärke üblich ist, ist dies nicht oder höchstens teilweise gewährleistet. Der Lösevorgang von Stärken wie auch von netzwerkfähigen Stärken ist ein vielstufiger Vorgang. Es existiert nicht eine exakte Lösungstemperatur, sondern üblicherweise erstreckt sich der Lösevorgang über einen Temperaturbereich von einigen °C bis hin zu 20°C, 30°C oder über einen noch weiteren Bereich, wobei sukzessive Ordnungsstrukturen aufgelöst werden, bis eine vollständige Lösung erfolgt ist. Der Temperaturbereich zeigt außerdem eine starke Abhängigkeit von der Konzentration. Erfindungsgemäß bevorzugt werden Lösungstemperaturen im Bereich von 120-240°C. Der Lösevorgang ist weiterhin auch abhängig von der Art des Weichmachers, von einer mechanischen Beanspruchung durch Scherung, wodurch das Lösen bei tieferer Temperatur erfolgen kann, sowie vom Druck, der Lösungszeit, der Aufheizgeschwindigkeit und dem pH. Es kann durchaus sinnvoll sein, wenn die Lösung nicht vollständig ist, also Reststrukturen noch erhalten bleiben, die dann als Keime bei der nachfolgenden Netzwerkbildung wirken können. Allerdings ist diese Vorgehensweise schwieriger kontrollier- und reproduzierbar, weshalb eine Überhitzung der Lösung bevorzugt wird, wobei eine praktisch vollständige Lösung, somit eine Standardisierung erhalten wird.

Die für die Netzwerkbildung wirksamen Keime können danach in größerer Anzahl und Effektivität durch eine definierte Unterkühlung erhalten werden, wodurch sich sehr fein strukturierte Netzwerke mit entsprechend guten mechanischen Eigenschaften herstellen lassen, insbesondere einphasige Gele. Die verschiedenen Parameter des Löse- und Unterkühlungsvorgangs sind deshalb für die Struktur und Eigenschaften der nach dem Mischvorgang mit vorliegender Stärke sich ergebenen Gele von zentraler Bedeutung. Zur Beeinflussung der Keimbildung können überdies auch Fremdkeime eingesetzt werden. Besonders hohe Keimzahlen und entsprechend feine und vorteilhafte Gelstrukturen können durch die Anwendung von Druck und Druckwellen, beispielsweise durch Ultraschall vor dem Mischen mit vorliegender Stärke erhalten werden.

Für einphasige Gele besonders wirksame und geeignete Keime werden auch dadurch erhalten, dass zusammen mit netzwerkfähiger Stärke ein Anteil an vorliegender, stark verzweigter, amylopektinreicher Stärke gelöst wird, wobei sich bei der anschließenden Unterkühlung gemischte Keime ergeben, die für einphasige Gele von besonderer Bedeutung sind. Ausserdem sind dadurch größere Unterkühlungen und entsprechend höhere Keimzahlen anwendbar.

Verschiedene netzwerkfähige Stärken können zusammen gelöst, unterkühlt und dann der vorliegenden Stärke zugemischt werden. Da jedoch verschiedene netzwerkfähige Stärken eine unterschiedliche Löse- und Keimbildungscharakteristik aufweisen, ist es oft sinnvoll, sie getrennt aufzubereiten und getrennt dem Mischvorgang zuzuführen.

Da netzwerkfähige Stärken Lipide und Proteine enthalten können, welche mit den linearen Anteilen der netzwerkfähigen Stärken Komplexe bilden und damit diese linearen Anteile für die Netzwerkbildung nicht mehr zur Verfügung stehen, ist es bei höheren Lipid- und Proteinanteilen angezeigt, diese Stoffe vorgängig durch Extraktion aus den netzwerkfähigen Stärken zu entfernen. Sie können jedoch auch nach dem Lösevorgang, bei der nachfolgenden Unterkühlung, wobei sie aus der Lösung ausfallen, durch Filtration aus dem Prozess entfernt werden.

Die Parameter des Löse- und Unterkühlungsvorgangs sind stark voneinander, von der spezifischen netzwerkfähigen Stärke oder der Mischung von netzwerkfähigen Stärken abhängig. Da eine ganze Anzahl von verschiedenen netzwerkfähigen Stärken mit teils deutlich unterschiedlichen Eigenschaften für die Herstellung von geeigneten Stärke Gelen in Frage kommen, müssen die in Frage kommenden Bereiche der relevanten Verfahrensparameter in weit gefassten Grenzen angegeben werden:

1. Der Weichmachergehalt WM_e in Gew.-% der netzwerkfähigen Stärken in Schritt d) kann in folgenden Bereichen liegen:

1 60% ≤ WM_e < 70%

2 70% ≤ WM_e < 80%

3 80% ≤ WM_e < 87%

4 87% ≤ WM_e < 94%

5 94% ≤ WM_e < 99%

Bevorzugt sind die Bereiche 2 bis 5, noch bevorzugter die Bereiche 2 bis 4, am bevorzugtesten die Bereiche 3 und 4. Je tiefer das Molekulargewicht, umso niederere Weichmachergehalte können eingesetzt werden.
2. Der Druck p während dem Überführen in Schritt d) und e) ist identisch mit dem Wasserdampfdruck p_w(T) bei der jeweiligen Temperatur oder kann in folgenden Bereichen liegen:

1 p_w(T) ≤ p < 2p_w(T)

2 2p_w(T) ≤ p < 5p_w(T)

3 5p_w(T) ≤ p < 10p_w(T)

4 10p_w(T) ≤ p < 50p_w(T)

5 50p_w(T) ≤ p < 100p_w(T)

Bevorzugt sind die Bereiche 1 bis 4, noch bevorzugter die Bereiche 1 bis 3, am bevorzugtesten die Bereiche 1 und 2. Bevorzugt werden hohe Drücke insbesondere in Schritt e) und f)
3. Die maximale Temperatur T_m in Schritt d) in °C kann in folgenden Bereichen liegen:

1 120 ≤ T_m < 130

2 130 ≤ T_m < 145

3 145 ≤ T_m < 160

4 160 ≤ T_m < 175

5 175 ≤ T_m < 190

6 190 ≤ T_m < 240

Bevorzugt sind die Bereiche 2 bis 6, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 6, am bevorzugtesten die Bereiche 4 bis 6. Möglichst hohe maximale Temperaturen sind vorteilhaft, wobei dann entsprechend kurze Überführungszeiten in Schritt d) angewendet werden.
4. Die Zeitdauer Δt_d des Überführens in Schritt d) in min kann in folgenden Bereichen liegen:

1 0.1 ≤ Δt_d < 0.3

2 0.3 ≤ Δt_d < 1

3 1.0 ≤ Δt_d < 3

4 3.0 ≤ Δt_d < 7

5 7.0 ≤ Δt_d < 10

6 10.0 ≤ Δt_d < 30

Bevorzugt sind die Bereiche 1 bis 5, noch bevorzugter die Bereiche 1 bis 4, am bevorzugtesten die Bereiche 1 bis 3.
5. Die Aufheizgeschwindigkeit v_d deim Überführen in Schritt d) in °C/min kann in folgenden Bereichen liegen:

1 1 ≤ v_d < 3

2 3 ≤ v_d < 7

3 7 ≤ v_d < 10

4 10 ≤ v_d < 70

5 70 ≤ v_d < 100

6 100 ≤ v_d < 300

Bevorzugt sind die Bereiche 2 bis 6, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 6, am bevorzugtesten die Bereiche 4 bis 6. Hohe Aufheizgeschwindigkeiten sind bei hoher maximaler Temperatur in Schritt d) wichtig.
6. Die minimale Temperatur T_n in Schritt e) in °C kann in folgenden Bereichen liegen:

1 0 ≤ T_n < 30

2 30 ≤ T_n < 70

3 70 ≤ T_n < 100

4 100 ≤ T_n < 110

5 110 ≤ T_n < 130

6 T_n ≤ 0.9 T_m

Bevorzugt sind die Bereiche 1 bis 5, noch bevorzugter die Bereiche 1 bis 4, am bevorzugtesten die Bereiche 2 und 3. Tiefe minimale Temperaturen sind zur Einstellung von hohen Keimzahlen wichtig.
7. Die Zeitdauer Δt_e des Überführens in Schritt e) in min kann in folgenden Bereichen liegen:

1 0.03 ≤ Δt_e < 0.1

2 0.10 ≤ Δt_e < 0.3

3 0.30 ≤ Δt_e < 0.7

4 0.70 ≤ Δt_e < 1

5 1.00 ≤ Δt_e < 3

6 3.00 ≤ Δt_e < 10

Bevorzugt sind die Bereiche 1 bis 5, noch bevorzugter die Bereiche 1 bis 4, am bevorzugtesten die Bereiche 1 bis 3.
8. Die Abkühlgeschwindigkeit v_e deim Überführen in Schritt e) in °C/min kann in folgenden Bereichen liegen:

1 1 ≤ v_e < 10

2 10 ≤ v_e < 30

3 30 ≤ v_e < 70

4 70 ≤ v_e < 110

5 110 ≤ v_e < 170

6 170 ≤ v_e < 300

Bevorzugt sind die Bereiche 2 bis 6, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 6, am bevorzugtesten die Bereiche 3 bis 5. Hohe Abkühlungsgeschwindigkeiten bei tiefer minimaler Temperatur in Schritt e) ergeben hohe Keimzahlen.
9. Der pH in den Schritten d) und e) kann in folgenden Bereichen liegen:

1 5 ≤ pH < 7

2 7 ≤ pH < 8

3 8 ≤ pH < 9

4 9 ≤ pH < 10

5 10 ≤ pH < 11

Bevorzugt sind die Bereiche 2 bis 5, noch bevorzugter die Bereiche 2 bis 4, am bevorzugtesten die Bereiche 2 und 3.
Gegebenenfalls wird der pH der Gesamtmischung in Schritt g) durch Zugabe einer Säure oder Base auf den gewünschten Wert, vorzugsweise auf pH 6-8 eingestellt.
10. Die Schergeschwindigkeit G in den Schritten d) und/oder e) in 1/s kann in folgenden Bereichen liegen:

1 0.1 ≤ G < 1

2 1.0 ≤ G < 10

3 10.0 ≤ G < 100

4 100.0 ≤ G < 1000

5 1000.0 ≤ G

Bevorzugt sind die Bereiche 2 bis 5, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 5, am bevorzugtesten die Bereiche 4 und 5. Durch hohe Schergeschwindigkeiten in Schritt d) kann eine optimale Lösung erhalten werden, in Schritt e) können dadurch höhere Unterkühlungen und damit höhere Keimzahlen erhalten werden.

Das Mischen von vorliegender Stärke mit netzwerkfähiger Stärke

Üblicherweise werden Mischungen von vorliegenden Stärken S_V und netzwerkfähigen Stärken S_N mit 3 bis 30 Gew.-% netzwerkfähiger Stärke eingesetzt, bezogen auf die Trockengewichte. Abhängig von der Art und der Mischung von netzwerkfähigen Stärken und den Verfahrensparametern können jedoch auch wesentlich größere Anteile eingesetzt werden, grundsätzlich sind folgende Bereiche möglich:

1	97 : 3 ≤ S_V : S_N < 95 : 5
2	95 : 5 ≤ S_V : S_N < 9 : 1
3	9 : 1 ≤ S_V : S_N < 7 : 3
4	7 : 3 ≤ S_V : S_N < 5 : 5
5	5 : 5 ≤ S_V : S_N < 3 : 7
6	3 : 7 ≤ S_V : S_N ≤ 1 : 9

Bevorzugt sind die Bereiche 1 bis 5, noch bevorzugter die Bereiche 2 bis 4, am bevorzugtesten die Bereiche 2 und 3.

Um einphasige Gele zu erhalten, ist eine molekulardisperse Mischung von vorliegender Stärke und netzwerkfähiger Stärke eine wesentliche Voraussetzung. Solche Mischungen können durch Anwendung von intensiver Scherung und hohen Schergeschwindigkeiten erhalten werden. Geeignet sind hierfür beispielsweise Doppelschneckenextruder, Ringextruder oder statische Mischer. Ist eine molekulardisperse oder nahezu molekulardisperse Mischung eingestellt worden, kann eine Phasenseparation bei und nach der Filmbildung durch die kinetische Kontrolle des Prozesses eingeschränkt oder ganz verhindert werden. Dies bedeutet eine entsprechende Kontrolle der Abkühlungsgeschwindigkeit, wobei der einphasige thermodynamisch metastabile Zustand eingefroren werden kann. Je höher die Molekulargewichte der eingesetzten Stärken sind und je tiefer der Weichmachergehalt, umso geringer ist die Neigung zur Phasenseparation.

Der durchschnittliche Verzweigungsgrad Q_b (Q_b = Anzahl Mole der 1,4,6-α-Glucan Einheiten/Anzahl Mole der 1,4-α-Glucan Einheiten) der Stärke-Mischung in Schritt g) liegt infolge der Mischung mit stark verzweigten vorliegenden Stärken üblicherweise deutlich höher als der durchschnittliche Verzweigungsgrad der eingesetzten netzwerkfähigen Stärken, folgende Bereiche sind von Interesse:

1	2.10^-3 ≤ Q_b < 4.10^-3
2	4.10^-3 ≤ Q_b < 6.10^-3
3	6.10^-3 ≤ Q_b < 8.10^-3
4	8.10^-3 ≤ Q_b < 1.10^-2
5	1.10^-2 ≤ Q_b < 3.10^-2
6	3.10^-2 ≤ Q_b < 7.10^-2

Bevorzugt sind die Bereiche 1 bis 5, noch bevorzugter die Bereiche 2 bis 5.

Der Gesamtweichmachergehalt WM_f in Gew.-% unmittelbar nach Schritt f) kann in folgenden Bereichen liegen:

1	20% ≤ WM_f < 30%
2	30% ≤ WM_f < 35%
3	35% ≤ WM_f < 40%
4	40% ≤ WM_f < 45%
5	45% ≤ WM_f < 50%
6	50% ≤ WM_f < 70%

Bevorzugt sind die Bereiche 2 bis 6, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 6.

In mindestens einem der Schritte a) bis g) kann mindestens ein Weichmacher mindestens teilweise aus dem Prozess entfernt werden, dies ist insbesondere bei Schritt g) wichtig, da durch die Reduktion des Weichmachergehalts die Phasenseparation unterdrückt werden kann, indem die Mobilität der Moleküle eingeschränkt wird.

Der Gesamtweichmachergehalt WM_g in Gew.-% unmittelbar nach Schritt g) kann in folgenden Bereichen liegen:

1	20% ≤ WM_g < 25%
2	25% ≤ WM_g < 30%
3	30% ≤ WM_g < 35%
4	35% ≤ WM_g < 40%
5	40% ≤ WM_g < 45%
6	45% ≤ WM_g < 55%

Bevorzugt sind die Bereiche 2 bis 6, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 6.

Der Strukturtyp

Die Kontrolle der Abkühlgeschwindigkeit bei und nach der Filmbildung ist noch aus einem weiteren Grund wichtig. Durch geeignete Prozessführung kann erreicht werden, dass die sich bildenden Kristallite bevorzugt eine A-Struktur aufweisen, die sich bei höheren Temperaturen einstellt. Dieser Strukturtyp zeigt gegenüber dem bei Raumtemperatur stabilen B- Strukturtyp bei gleicher Luftfeuchtigkeit eine massiv reduzierte Wasseraufnahme, wodurch sich ein günstigeres Sorptionsverhalten ergibt. Der bei Raumtemperatur metastabile A- Strukturtyp kann durch kinetische Kontrolle eingefroren und so auch bei Raumtemperatur erhalten werden. Eine weitere Möglichkeit zur Einstellung des A-Strukturtyps ist gegeben durch eine Wärmebehandlung, wobei der B-Strukturtyp in den gewünschten A-Strukturtyp umgewandelt wird. Die notwendige Temperatur, die nur kurzzeitig angewendet werden muss, liegt oberhalb von 100°C.

Weichmacher

Eingesetzte Weichmacher weisen üblicherweise einen Löslichkeitsparameter von mindestens 14 (MPa)^1/2 auf, bevorzugt werden sie aus folgender Gruppe ausgewählt, wobei der Weichmacher mindestens ein Element dieser Gruppe enthalten kann:
Wasser; Glycerin; Polyglycerine, insbesondere Octa-, bis Decaglycerine; natürliche und synthetische Zucker, insbesondere Glucose, Maltose, Glucotri- und höhere Glucopolysaccharide, Mono- und Oligosaccharid-Sirupe; Alkohole und Polyalkohole, insbesondere Butanol, Erythritol, Propandiol, ganz oder teilweise zu Polyvinylalkoholen hydrolysierte Polyvinylacetate, Aminoalkohole; Amine, insbesondere Hydroxyalkydamin oder Ethylendiamin; Amide, insbesondere Formamid; Säureamide; Sulfoxide: Quaternäre Ammonium- Verbindungen; Ethylenglycol und Polyethylenglykole; Pyrrolidone, insbesondere 2-Pyrrolidon oder 1-Methyl-2-Pyrrolidon; Caprolactan oder Polycaprolactan; Sorbitol; Maltitol; Mannitol; Xylitol; Säuren, insbesondere Bernsteinsäure und Bernsteinsäureanhydrid, Adipinsäure, Milchsäure, Weinsäure, Citronensäure, Apfelsäure, Hydroxybuttersäure, Maleinsäure; Dimethylsulfoxid; Harnstoff; oder chemisch veränderte, insbesondere die durch Veresterung erhaltenen Elemente dieser Gruppe.

Der wichtigste Weichmacher ist Wasser. Im Vergleich zu WO 01/37817 können infolge der teilkristallinen, beziehungsweise mikrokristallinen Gel Struktur weitere Weichmacher wie Glycerin, Sorbitol, Maltitol oder Mannitol in deutlich geringeren Anteilen eingesetzt werden, sodass das Sorbtionsverhalten und damit die Produkteigenschaften unter wechselnden Bedingungen deutlich verbessert werden.

Zusätze und Hilfsstoffe

Durch Zugabe von gummiartigen Stoffen, insbesondere von gummiartigen Polysacchariden, kann die Zähigkeit der Gele massiv verbessert werden, indem der als eine separate Phase vorliegende spezielle Zusatz Spannungsspitzen auffangen kann. Um optimale Ergebnisse zu erhalten ist eine möglichst feine Verteilung dieser Phase entscheidend. Dies wird einerseits ermöglicht, indem der spezielle Zusatz als möglichst feines Pulver vorbereitet wird, andererseits indem der spezielle Zusatz vorgängig gequollen wird und dann zu der vorliegenden Stärke im nativen Zustand bei geringem Weichmachergehalt zugegeben wird. Durch die bei der Mischung wirkenden Scherkräfte werden die gequollenen weichen Partikel des speziellen Zusatzes durch die harten nativen Stärkekörner fragmentiert und gemahlen, sodass sich eine entsprechend fein verteilte Phase des speziellen Zusatzes erhalten lässt.

Der spezielle Zusatz wird vorzugsweise aus der folgenden Gruppe ausgewählt, wobei er mindestens ein Element dieser Gruppe enthalten kann:
Galactomannane, wie Guar-Gummi oder Johannisbrotkernmehl; Pectine, insbesondere Rhamnogalakturonane und Protopektine; Dextrane; Xanthan; Zymosan; Hydrokolloide, insbesondere Hydrokolloide aus Meeresalgen, wie Alginate, Agar-Agar, Agarose, Carrageen und Carrageenane; Furcellaran; Hydrokolloide aus Flechten, wie Lichenine und Isolichenine, oder Hydrokolloide als Exsudate aus Hölzern, wie Tragant (Astragalus Gummi), Karaya-Gummi, Gummi arabicum, Kutira-Gummi; Inulin; Latex; Chitin; Chitosan; Kollagen; Casein.

Die Bedingungen der Zumischung des speziellen Zusatzes sind:

1. Der spezielle Zusatz weist einen Weichmachergehalt in Gew.-% im Zeitpunkt der Zuführung

von 5% bis 10%

vorzugsweise von 10% bis 20%

noch bevorzugter von 20% bis 30%

am bevorzugtesten von 30% bis 50%

insbesondere von mehr als 50% auf

Als Weichmacher wird vorzugsweise Wasser verwendet.
2. Für den Mittelwert M_P der Partikelgrößenverteilung in µm des speziellen Zusatzes bei 5 bis 20% Wassergehalt gilt:

10.0 ≥ M_P > 5

vorzugsweise 5.0 ≥ M_P > 1

noch bevorzugter 1.0 ≥ M_P > 0.5

am bevorzugtesten 0.5 ≥ M_P ≥ 0.2

insbesondere M_P < 0.2

Nach der Einarbeitung des speziellen Zusatzes ist dessen Phasengröße gegenüber der usrprünglichen Partikelgröße um einen Faktor 0.5 bis 0.1 reduziert.
3. Der spezielle Zusatz wird zur vorliegenden Stärke im nativen, prägelatiniserten, teilweise oder ganz plastifizierten Zustand in mindestens einem der Schritte a₀) bis c) zugegeben, vorzugsweise im Schritt a₀) oder a), während der Weichmachergehalt der vorliegenden Stärke in Gew.-% zu diesem Zeitpunkt

im Intervall von 50% bis 30%

vorzugsweise im Intervall von 30% bis 20%

noch bevorzugter im Intervall von 20% bis 10%

am bevorzugtesten im Intervall von 10% bis 0% liegt.

Technologie

Die Schritte a) bis i) werden vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt, die geeignete Verfahrenszone für die Schritte a) bis g) ist der Prozessraum mindestens eines Mischers und die Schritte a) bis g) erfolgen kontinuierlich in aufeinanderfolgenden Abschnitten des mindestens einen Mischers und das Formen des Films in Schritt h) findet in einer dem mindestens einen Mischer nachgeschalteten Formgebungseinheit statt, insbesondere kontinuierlich auf Schritt g) folgend.

Der mindestens eine Mischer kann ein Einschnecken- oder ein Zweischnecken- oder ein Mehrschnecken- oder ein Ringextruder oder ein Kokneter oder ein statischer Mischer oder eine bezüglich Temperatur und Druck regelbare Verfahrensstrecke sein, die auch Scherung induzierende Mischelemente enthält. Das Formen des Films in Schritt h) kann durch Breitschlitzextrusion oder Gießen mit nachgeschalteter Walzanlage erfolgen.

Filmbildung und Herstellung der Weichkapseln im rotary-die Verfahren

Nach Schritt g) des Verfahrens erfolgt die Filmbildung durch Breitschlitzextrusion oder durch Gießen, gegebenenfalls nach einer zugeschalteten stabilisierenden Schmelzpumpe. Der Film wird anschließend durch eine Walzanlage geführt, wobei der zeitliche Temperaturverlauf, der für die Netzwerkbildung wichtig ist, geregelt werden kann. Danach wird der Film longitudinal in zwei Hälften geschnitten, die über zwei Umlenkvorrichtungen von zwei entgegengesetzten Seiten, bevorzugt über gleich lange Wege der rotary-die Anlage zugeführt werden, wo zwischen zwei rotierenden Matrizen die Ausbildung der zwei Kapselhälften, deren Füllung und Verschweißung erfolgt. Durch diese Verfahrensvariante ist gewährleistet, dass die beiden zu verschweißenden Hälften der Weichkapseln eine identische Vorgeschichte erfahren haben.

Entsprechend einer anderen Verfahrensvariante werden die Schritte a) bis h) bez. a₀) bis h) parallel in zwei verschiedenen Verfahrenszonen doppelt durchgeführt und die zwei erhaltenen Filme der rotary-die Anlage zugeführt.

Eigenschaften der Weichkapseln

1. Der Quellgrad Q (Q = Volumen nach der Quellung/Volumen vor der Quellung der bei 50% Luftfeuchtigkeit und 25°C konditionierte Weichkapselhülle beim Einlegen in Wasser bei 25°C im maximal gequollenen Zustand liegt rezepturabhängig in folgenden Bereichen:

1 1.1 ≤ Q < 1.5

2 1.5 ≤ Q < 2.5

3 2.5 ≤ Q < 4.0

4 4.0 ≤ Q < 7.0

5 7.0 ≤ Q

Bevorzugt werden die Bereiche 2 bis 5, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 5.
2. Die Bruchfestigkeit σ in MPa der bei 50% Luftfeuchtigkeit und 25°C konditionierten Weichkapselhüllen liegt bei 25°C rezepturabhängig in folgenden Bereichen:

1 0.3 ≤ σ < 1.0

2 1.0 ≤ σ < 3.0

3 3.0 ≤ σ < 5.0

4 5.0 ≤ σ < 7.0

5 7.0 ≤ σ < 10

6 10.0 ≤ σ < 20

Bevorzugt werden die Bereiche 2 bis 6, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 6.
3. Die Bruchdehnung ε in % der bei 50% Luftfeuchtigkeit und 25°C konditionierten Weichkapselhüllen liegt bei 25°C rezepturabhängig in folgenden Bereichen:

10 ≤ ε < 30

vorzugsweise 30 ≤ ε < 50

noch bevorzugter 50 ≤ ε < 70

am bevorzugtesten 70 ≤ ε < 90

insbesondere 90 ≤ ε < 110

am insbesondersten 110 ≤ ε < 150
4. Der Gesamtweichmachergehalt der Weichkapselhüllen WM₀ in Gew.-% nach Konditionierung bei 50% Luftfeuchtigkeit und 25°C liegt rezepturabhängig in folgenden Bereichen:

1 20% ≤ WM₀ < 25%

2 25% ≤ WM₀ < 30%

3 30% ≤ WM₀ < 35%

4 35% ≤ WM₀ < 40%

6 45% ≤ WM₀ < 55%

Bevorzugt werden die Bereiche 2 bis 6, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 6.
5. Im Vergleich zu Weichkapseln nach WO 01/37817 ist die Wasseraufnahme bei Luftfeuchtigkeiten oberhalb von 30% um einen Faktor 0.8 reduziert. Besonders ausgeprägt ist die Reduktion der Wasseraufnahme bei hohen Luftfeuchtigkeiten von 60% und höher, wo der Faktor der Reduktion rund 0.5 betragen kann.
6. Die Größe d der amylopektinreichen, d. h. vorwiegend aus vorliegenden Stärken gebildeten Phase und/oder der vorwiegend aus netzwerkfähiger Stärke gebildete Phase in nm kann in folgenden Bereichen liegen:

1 0 d < 100

2 100 ≤ d < 200

3 200 ≤ d < 300

4 300 ≤ d < 400

5 400 ≤ d < 500

6 500 ≤ d < 700

Bevorzugt sind die Bereiche 1 bis 4, noch bevorzugter die Bereiche 1 bis 3, am bevorzugtesten die Bereiche 1 bis 2, am allerbevorzugtesten ist der Bereich 1. Erfindungsgemäß als einphasig werden Stärke Gele mit d < 400, bevorzugt mit d < 300, noch bevorzugter mit d < 200, am bevorzugtesten mit d < 100 nm bezeichnet.

Beispiele

1. Rezeptur
67% (bezogen auf das Trockengewicht) vorliegende Stärke: 70% Kartoffelstärke (10% Wasser), nativ, 30% Maisstärke (10% Wasser), nativ
19% (bezogen auf das Trockengewicht) netzwerkfähige Stärke: 50% hochamylosehaltige Stärke, nativ (50% Amylosegehalt, 15% Wasser), 40% enzymatisch entzweigte Tapioka Stärke (15% Wasser), 10% Maltodextrin (15% Wasser)
Zusatz: 0.7% Lecithin, 0.5% Carnauba Wachs, 5% Calciumcarbonat, Zugabe zusammen mit vorliegenden Stärken
Spezielle Zusätze: 4.8% (bezogen auf das Trockengewicht) Xanthan (40% Wasser), 3% (bezogen auf das Trockengewicht) Latex (Emulsion), Zugabe vor Schritt b)
Weichmacher in Schritt b) 30% Wasser, 5% Sorbitol, 5% Maltitol (bezogen auf die vorliegenden Stärken, Trockengewicht)
Weichmacher in Schritt d) 75% Wasser, 5% Glycerin (bezogen auf die netzwerkfähigen Stärken, Trockengewicht)

Verfahren

Doppelschneckenextruder, Zudosierung der netzwerkfähigen Stärken über Sulzermischer und thermisch geregelte Verfahrensstrecken mit Scherströmung, Lösung der netzwerkfähigen Stärken zusammen bei 190°C (1 min. 30 bar), pH 9, Unterkühlung bis 60°C (30 sec). Einspritzen der unterkühlten Lösung in den Doppelschneckenextruder bei Massetemperatur der vorliegenden plastifizierten Stärke von 120°C, Mischung über rückfördernde Knetelemente, anschließend Evakuierung, Schmelzpumpe und Breitschlitzextrusion bei 105°C, gefolgt von chill-roll Strecke (40, 80, 85°C), longitudinale Zweiteilung der Filme und Zuführen in rotary-die Anlage (75°C), Herstellung und Füllung der Formkörper (70°C), Konditionierung.

1. Modifikation 1 von Beispiel 1: Separate Lösung/Unterkühlung/Einspritzung der hochamylosehaltigen Stärke (HAS) und der entzweigten Tapioka Stärke (TASe),
Weichmacher in Schritt d1) für HAS und Maltodextrin: 75% Wasser Weichmacher in Schritt d2) für TASe: 70% Wasser, 10% Glycerin
HAS: Lösen bei 190°C (1 min, 30 bar, pH 9), Unterkühlen bis 80°C (20 sec) TASe: Lösen bei 200°C (1 min, 20 bar, pH 7), Unterkühlen bis 50°C (10 sec)
2. Modifikation 2 von Beispiel 1: Rezeptur identisch, jedoch Plastifizierung der vorliegenden Stärken und Einarbeiten der Zusätze und der speziellen Zusätze vorgängig in einem Schritt a₀) mittels Doppelschneckenextruder, anschließend Granulierung.
Erneute Plastifizierung des Granulats in einem Einschneckenextruder, Lösung/Unterkühlung/Einspritzung der netzwerkfähigen Stärken in den Einschneckenextruder wie in Modifikation 1 von Beispiel 1, Mischung mittels Madoc-Element, keine Schmelzpumpe, die weiteren Verfahrensschritte sind identisch mit Beispiel 1.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere von Weichkapseln, auf Basis eines Stärke-Netzwerks, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte in einer Verfahrenszone aufweist:

a) Zuführen einer vorliegenden Stärke;

b) Einführen mindestens eines ersten Weichmachers in die vorliegende Stärke;

c) Überführen der vorliegenden Stärke in einen ersten fluiden Zustand durch Einwirken des mindestens einen ersten Weichmachers in die vorliegende Stärke, wodurch ein erstes Gemisch in der Verfahrenszone gebildet wird;

d) Überführen jeweils einer netzwerkfähigen Stärke in jeweils einen zweiten fluiden Zustand durch Einwirken jeweils mindestens eines zweiten Weichmachers bei bereitgestelltem zeitlichem Druck-, Temperatur-, Scherungs- und Weichmacheranteilverlauf;

e) Überführen dieser jeweiligen netzwerkfähigen Stärke von ihrem jeweils zweiten fluiden Zustand in einen jeweils dritten fluiden Zustand bei bereitgestelltem zeitlichem Druck-, Temperatur-, Scherungs- und Weichmacheranteilverlauf, insbesondere durch Einwirken eines jeweils mindestens einen dritten Weichmachers;

f) Einführen dieser in den jeweils dritten fluiden Zustand überführten jeweiligen netzwerkfähigen Stärke in das erste Gemisch;

g) Vereinigen des ersten Gemisches mit der jeweiligen netzwerkfähige Stärke aus Schritt e) in ihrem jeweils dritten fluiden Zustand zu einem Gesamtgemisch mit einem jeweiligen vierten fluiden Zustand und Herstellung einer molekularen Dispersion der Komponenten durch ein geeignetes Mischverfahren;

h) Formen eines Films aus dem in Schritt g) gebildeten Gesamtgemisch bei bereitgestelltem zeitlichem Druck-, Temperatur-, Scherungs- und Weichmacheranteilverlauf;

i) Zuführen des in Schritt h) gebildeten Films und Umformung zu Formteilen, insbesondere zu zweiteiligen verschweißten, einen Füllstoff bzw. Wirkstoff enthaltenden Weichkapseln mittels des rotary-die Verfahrens;

j) Einstellung des gewünschten Weichmachergehalts der Formteile, insbesondere der Weichkapselhüllen, durch Konditionierung bei bereitgestelltem zeitlichem Temperatur-, Luftstrom- und Luftfeuchtigkeitsverlauf;

k) Bilden von Stärke Netzwerken aus dem in Schritt g) gebildeten fluiden Gesamtgemisch durch Vernetzung, d. h. durch Kokristallisation oder Koagglomeration zwischen jeweiligen Makromolekülen, insbesondere Bildung eines einphasigen Stärke Netzwerks durch Unterdrückung der Phasenseparation und Vernetzung der netzwerkfähigen Makromoleküle untereinander und mit den vorliegenden Makromolekülen, nachdem mindestens die Schritte a) bis g) vollzogen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorliegende Stärke eine beliebige Stärke oder eine Mischung beliebiger Stärken ist, wobei insbesondere die vorliegende Stärke oder die Mischung vorliegender Stärken in nativem Zustand oder vorgängig in einem Schritt a₀) prägelatinisiert, teilweise oder ganz plastifiziert zugeführt wird, wobei dann der Schritt b) entfallen kann.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die netzwerkfähige Stärke eine Stärke ist, die Gele bilden kann oder in Anwesenheit einer gelierenden Stärke Gele bilden kann oder in Anwesenheit einer nicht geherenden, nicht kristallisierenden Stärke Gele bilden kann, insbesondere daß sie mindestens ein Element der folgenden Gruppe aufweist: lineare Stärken; entzweigte, insbesondere enzymatisch entzweigte Stärken; hochamylosehaltige Stärken; entzweigte, insbesondere enzymatisch entzweigte hochamylosehaltige Stärken; rekombinante Stärken; durch Biotransformation hergestellte Stärken; modifizierte, insbesondere chemisch modifizierte Formen von Elementen dieser Gruppe.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärken des in Schritt d) und e) des Verfahrens gebildeten Gemisches einen durchschnittlichen Verzweigungsgrad Q_b (Q_b = Anzahl Mole der 1,4,6-α-Glucan Einheiten/Anzahl Mole der 1,4-α-Glucan Einheiten) aufweisen, der in folgenden Bereichen liegen kann:
1 0 ≤ Q_b < 1.10^-4 2 1.10^-4 ≤ Q_b < 1.10^-3 3 1.10^-3 ≤ Q_b < 2.10^-3 4 2.10^-3 ≤ Q_b < 5.10^-3 5 5.10^-3 ≤ Q_b < 8.10^-3 6 8.10^-3 ≤ Q_b ≤ 2.10^-2

wobei die Bereiche 1 bis 5 bevorzugt sind, noch bevorzugter die Bereiche 1 bis 4, am bevorzugtesten die Bereiche 1 bis 3.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärken des in Schritt g) des Verfahrens gebildeten Gesamtgemisches einen durchschnittlichen Verzweigungsgrad Q_b aufweisen, der in folgenden Bereichen liegen kann:
1 2.10^-3 ≤ Q_b < 4.10^-3 2 4.10^-3 ≤ Q_b < 6.10^-3 3 6.10^-3 ≤ Q_b < 8.10^-3 4 8.10^-3 ≤ Q_b < 1.10^-2 5 1.10^-2 ≤ Q_b < 3.10^-2 6 3.10^-2 ≤ Q_b < 7.10^-2

wobei die Bereiche 1 bis 5 bevorzugt sind, noch bevorzugter die Bereiche 2 bis 5, am bevorzugtesten die Bereiche 3 bis 5.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Massen-Verhältnis der vorliegenden Stärken S_V und der entsprechend den Schritten d) bis f) behandelten netzwerkfähigen Stärken S_N in folgenden Bereichen liegen kann:
1 97 : 3 ≤ S_V : S_N < 95 : 5 2 95 : 5 ≤ S_V : S_N < 9 : 1 3 9 : 1 ≤ S_V : S_N < 7 : 3 4 7 : 3 ≤ S_V : S_N < 5 : 5 5 5 : 5 ≤ S_V : S_N < 3 : 7 6 3 : 7 ≤ S_V : S_N ≤ 1 : 9

wobei die Bereiche 1 bis 5 bevorzugt sind, noch bevorzugter die Bereiche 2 bis 4, am bevorzugtesten die Bereiche 2 und 3.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Temperatur T_m in Schritt d) in °C in folgenden Bereichen liegen kann:
1 120 ≤ T_m < 130 2 130 ≤ T_m < 145 3 145 ≤ T_m < 160 4 160 ≤ T_m < 175 5 175 ≤ T_m < 190 6 190 ≤ T_m < 240

wobei die Bereiche 2 bis 6 bevorzugt sind, noch bevorzugter die Bereiche 3 bis 6, am bevorzugtesten die Bereiche 4 bis 6.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Temperatur T_n in Schritt e) in °C in folgenden Bereichen liegen kann:
1 0 ≤ T_n < 30 2 30 ≤ T_n < 70 3 70 ≤ T_n < 100 4 100 ≤ T_n < 110 5 110 ≤ T_n < 130 6 T_n ≤ 0.9 T_m

wobei die Bereiche 1 bis 6 bevorzugt sind, noch bevorzugter die Bereiche 1 bis 4, am bevorzugtesten die Bereiche 2 und 3.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Schritte a₀) bis g), ein Zusatz, der insbesondere mindestens ein Fremdnukleierungsmittel enthält, und/oder ein spezieller Zusatz zugegeben wird, wobei der spezielle Zusatz einen hohen Weichmachergehalt enthaltend vorzugsweise im Schritt a₀) oder a) zu vorliegender Stärke zugegeben wird, die einen Weichmachergehalt zu diesem Zeitpunkt
von 50% bis 30% vorzugsweise von 30% bis 20% noch bevorzugter von 20% bis 10% am bevorzugtesten von 10% bis 0% aufweist.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in Schritt h) gebildete Film in Längsrichtung in zwei Hälften geteilt wird, die separat und symmetrisch einer rotary-die Anlage zugeführt werden, insbesondere über gleich lange Wege, sodass die zwei Hälften der verschweißten Weichkapseln eine identische Vorgeschichte erfahren haben, d. h. gleichzeitig parallel in Schritt h) zu einem Film geformt wurden.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte a) bis h) parallel in zwei verschiedenen Verfahrenszonen durchgeführt werden und die zwei Hälften der verschweißten Weichkapseln im rotary-die Verfahren aus zwei Filmen hergestellt werden, die aus den zwei verschiedenen Verfahrenszonen stammen.

12. Einteilige, verschweißte Weichkapsel, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Filmen von einphasigem Stärke-Gel, vorliegende Stärke und netzwerkfähige Stärke enthaltend, hergestellt wird, einen Weichmacher, einen Zusatz und einen beliebigen Strukturtyp aufweist und gegebenenfalls eine hochdisperse gummiartige Phase eines speziellen Zusatzes enthält, insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß sie durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wird, insbesonderst daß sie den A-Strukturtyp und/oder ein Fremdnukleierungsmittel aufweist.