EP1229904A1 - Verfahren zum herstellen eines stärke enthaltenden formkörpers - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines stärke enthaltenden formkörpers

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EP1229904A1
EP1229904A1 EP00974227A EP00974227A EP1229904A1 EP 1229904 A1 EP1229904 A1 EP 1229904A1 EP 00974227 A EP00974227 A EP 00974227A EP 00974227 A EP00974227 A EP 00974227A EP 1229904 A1 EP1229904 A1 EP 1229904A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
starch
weight
mass
capsule
shaped body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00974227A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ivan Tomka
Dieter Wolfgang Engel
Erich Brocker
Rico Menard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Swiss Caps Rechte und Lizenzen AG
Original Assignee
Greither Peter
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Greither Peter filed Critical Greither Peter
Priority to EP00974227A priority Critical patent/EP1229904A1/de
Publication of EP1229904A1 publication Critical patent/EP1229904A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/4833—Encapsulating processes; Filling of capsules
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/4816—Wall or shell material
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/4891—Coated capsules; Multilayered drug free capsule shells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
    • Y10T428/1334—Nonself-supporting tubular film or bag [e.g., pouch, envelope, packet, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a shaped body containing starch, a homogenized mass containing starch and a device for producing a soft capsule according to the preambles of the independent claims.
  • Shaped bodies made from biodegradable materials have long been of exceptional interest for environmental protection reasons.
  • capsules with a capsule shell made of gelatin-free materials in particular are becoming increasingly important for the administration of pharmaceutically active substances.
  • Capsules with a one-piece capsule shell made of gelatin which can be produced in continuous, automatable processes, have established themselves for liquid, in the broadest sense pumpable capsule ingredients.
  • the manufacture of the capsule cover and the filling of the same happens in a single step.
  • molded parts are manufactured, from which the capsule shell is assembled by welding the outer edges of the molded parts during and after filling.
  • the molded parts are produced either by means of diverging and merging molds, such as in the Norton, Banner and Schering process, or by means of rotating molding rolls, such as is realized in the Rotary Die process and the Accogel process ("The capsule” Fahrig / Hofer editor, Stuttgart, 1983; Lachmann / Liebermann / Kanig, "The Theory and Practice of Industrial Pharmacy”; Third Edition, Philadelphia 1986). Filling is carried out with the aid of metering pumps, which release a defined amount of active substance during punching out and welding of the molded parts to form a one-piece capsule shell. The welding, ie the formation of the seams is generally carried out by pressure and heat. The manufacturing costs are considerably reduced compared to the production of two-part capsules.
  • US 5,342,626 describes the production of capsules in the rotary die process, the capsule shell material consisting of carrageenan, mannan gums, such as e.g. Galacto and glucomannans, gelan or mixtures with one another.
  • the capsule shell material consisting of carrageenan, mannan gums, such as e.g. Galacto and glucomannans, gelan or mixtures with one another.
  • these macromolecular vegetable biopolymers are unacceptable for cost considerations because the raw materials are too expensive.
  • the manufacturing process for one-piece capsules places a number of requirements on the capsule shell material.
  • One of the main requirements is the ability of the capsule shell material to form highly elastic "endless" tapes with sufficient strength. If necessary, the capsule shell must detach quickly in the gastrointestinal tract in order to release the active substances.
  • the capsule shell material must be weldable.
  • the molecules The material forming the molded parts, in particular the macromolecules of the polymer, should ideally penetrate at the seam in order to ensure sufficient stability of the seam. Gelatin fulfills all of these conditions in an almost ideal way and has so far not been able to be replaced as a material for a one-piece capsule shell.
  • starch is also a desirable starting material for the manufacture of one-piece capsule shells.
  • EP 474 705 describes a process for the production of shaped starch bodies by extrusion of a starch melt.
  • the starch melt contains starch with an amylose content of over 50% and additives. Before, during and / or after the extrusion, the water is removed from the melt by applying negative pressure. The films extruded from this material have an elongation at break of between 80 and 200%. Starches containing high amylose are not suitable as capsule shell material, since the tendency of the amylose chains to retrogradation prevents the capsule shell from dissolving quickly.
  • EP 0 397 819 discloses a process for producing thermoplastically processable starch, the crystalline fraction in the starch being below 5%.
  • the method consists in mixing native starch with at least 10% by weight of an additive which has a solubility parameter of at least 30.7 (MPa) 12 .
  • the mixture is heated in a temperature ture range between 120 ° C and 220 ° C in a melt.
  • the starch's water content is reduced to below 5% in the melt.
  • the molar mass of the starch used is greater than 1,000,000 Daltons, preferably between 3,000,000 Daltons and 10,000,000 Daltons, before being converted into the thermoplastic state.
  • thermoplastic starch with good processability to give shaped articles which have sufficient strength
  • the elongation at break of the shaped articles produced with this thermoplastic starch only reaches values between 40 and 55%.
  • the elasticity of the starch films is therefore too low for the production of one-piece capsule shells in a continuous process and leads to tearing of the molded parts during manufacture or to tears in the finished capsule. that meets the quality requirements for one-piece capsule shells.
  • EP 304 401 also describes a process for producing shaped articles from starch.
  • the thermoplastic starch melt required for this is produced from a pretreated starch.
  • the destructuring (destruction of the crystalline areas) of the native starch and the subsequent homogenization (converting into the thermoplastic state) takes place at temperatures between 120 ° C and 190 ° C in a closed vessel with a water content between 10 and 20%.
  • the elongation at break of the starch films produced by this process is not sufficient for the production of one-piece capsule shells.
  • the starch films also show inadequate weldability and seam strength.
  • EP 0 542 155 discloses biodegradable molding compositions which are suitable, inter alia, for film production.
  • the molding compositions contain cellulose vate.
  • the elongation at break does not exceed 85%, which is not sufficient for the production of one-piece capsule shells in continuous processes.
  • the weldability of the films is unsatisfactory.
  • Many of the polymer blends disclosed in EP 542 155 contain substances which are not approved for pharmaceutical applications and for food.
  • WO 97/35537 discloses one-piece capsules made by means of rotating shaping rolls and containing gelled starch.
  • the partial dissolving of the film surface has proven disadvantageous in the manufacture of one-piece capsules in terms of transport and pressure stability (when the capsules are pressed out of the blister packs).
  • the capsule shells are too soft and too flexible in the area of the interface.
  • the object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art.
  • the object of the present invention is to provide gelatin-free moldings and a method for their production.
  • starch capsules with a one-piece capsule shell are to be provided.
  • Another object is to provide a starch-containing film which can be processed into one-piece capsule shells by means of semi-continuous or continuous processes, in particular by means of the rotary die process.
  • Another object is to provide a starch film for the production of the capsule shell, which has an elongation at break of at least 100% during the encapsulation process under prevailing processing conditions.
  • Another task is to provide starch films with good weldability.
  • Another object is to provide starch capsules with a one-piece capsule shell, which after a storage period of at least one year show neither leaks nor changes in the dissolution rate of the capsule shell.
  • step a) transferring a mixture containing at least one starch, water, and at least one organic plasticizer, with heating and kneading, into a thermoplastically processable, preferably homogenized, mass in a first processing device; b) optionally producing a storable intermediate product, in particular a granulate after cooling the mass obtained in step a) and subsequently transferring the intermediate product into a thermoplastically processable mass in a second processing device; c) producing at least one strand of material, in particular an extruded film, at the outlet of the first or optionally second processing device, d) forming the strand of material into a shaped body in a continuous or intermittent molding process; e) optionally drying the shaped body, f) wherein steps a) to c) are carried out in such a way that in step d) the Staudinger index [ ⁇ ] of the starch in the mass forming the material strand has a value of not less than 40 ml / g, preferably at
  • the Staudinger index of starch has a value of greater than or equal to 100 ml / g.
  • the most advantageous properties are obtained with a value of the Staudinger index of strength of greater than or equal to 130 ml / g.
  • the Staudinger index must not exceed a maximum value of 1000 ml / g. In an advantageous embodiment, the Staudinger index does not exceed 700 ml / g, and more preferably 300 ml / g.
  • the mixture used in step a) preferably contains the starch in a weight range from 45 to 80% by weight, based on the total weight of the mixture.
  • one-part is to be understood to differentiate it from the two-part capsules, which are produced by inserting and / or gluing two capsule parts with superimposed outer edges.
  • the one-piece capsule shell can be designed entirely without a seam or, if formed from molded parts, with a welded seam.
  • soft capsule is to be understood as a product of the common continuous and semi-continuous, 1-step manufacturing processes for one-piece capsules listed in the literature. It serves less to differentiate the softener content, since hard capsules are also used to denote assembled two-piece capsules , can contain a plasticizer content of up to 12% based on the total mass.
  • thermally processable, melt and amorphous are defined according to Römpp Chemie Lexikon, ed .: J. Falbe, M. Regitz, 9th edition, 1992, Georg Thieme Verlag, Stuttgart.
  • starch is intended to mean native starches, as well as physical and All starches, regardless of the plant from which they are obtained, are suitable for the mixture used in step a) of the process according to the invention, and a preferred embodiment is starch whose amylopectin content exceeds 50% based on the total weight of the anhydrous starch, and physically and / or chemically modified potato starches have proven to be preferred for the process.
  • polyglucans i.e. 1.4 and / or 1.6 poly- ⁇ -D-glucans and / or mixtures between them are suitable.
  • the starch is a hydroxypropylated starch.
  • the starch is pregelatinized starch. Above a typical temperature for each type of starch, the starch granules appear in aqueous starch suspensions after reaching a maximum degree of swelling, ie irreversible disintegration of the starch granules. This process is also known as "gelatinization".
  • gelatinization ie the irreversible swelling of the starch granules at a higher temperature up to 40 times the original volume, is based on a gradual Name and solution of hydrogen bonds, which enables further hydration until the starch grain structure is completely disintegrated.
  • step a) The conversion of the starch-containing mixture into the thermoplastic, preferably homogenized state in step a), as well as the subsequent processing steps b) and c), must take place under conditions which prevent an uncontrolled breakdown of the amylose and amylopectin molecules into short fragments.
  • the temperature of the mass in the first and optionally second processing device, and during the production of the material strand does not exceed 160 ° C., preferably 140 ° C., more preferably 120 ° C. and most advantageously 90 ° C.
  • the digestion process in step a) should in particular be completed in less than 5 minutes, preferably less than 3 minutes.
  • the energy introduced into the mass by the kneading to produce a thermoplastically processable homogenized mass in steps a) to c) exceeds 0.3 kWh / kg, preferably 0.2 kWh / kg and more preferably 0.175 kWh / kg Not.
  • the conversion into the thermoplastically processable state causes an irreversible swelling of the starch granules, which is a prerequisite for the mass to be able to be converted into the homogeneous state or to be homogenized after cooling.
  • Steps a) to c) continue to produce a mass in which there are essentially no more crystalline areas in the starch.
  • Crystalline areas lead to speck formation in the material strand, ie to inhomogeneities, which have a disadvantageous effect especially if the material strand in step c) is an extruded film. “Essentially no crystalline areas” is intended to mean that these have been destroyed to such an extent that impairment of the physical parameters of the extruded material which are relevant to the shaping cannot be attributed to the presence of crystalline areas.
  • homogeneous mass / material or “homogenized mass / material” should therefore be understood to mean a material or a mass which has essentially the same physical properties (parameters) at every point in the material. There may be slight deviations on the respective material or molded part surfaces due to the absorption of air humidity.
  • the mass is homogeneous or homogenized when the number of starch grains still visible under the microscope is on average less than one percent. For this purpose, the mass is cooled in the thermoplastic state, cut into thin slices and analyzed under the light microscope.
  • a homogenized mass / material is obtained by converting the mixture into the softened or even liquid state, which results in a thermoplastically processable state.
  • the majority of the components that make up the mixture starch, organic plasticizers, lubricants and mold release agents
  • starch, organic plasticizers, lubricants and mold release agents can be in the molten state and with a sufficiently long standing and / or mixing (kneading) time, the mass will have essentially the same properties or chemical composition at every point of the melt (homogeneous mass).
  • This homogeneous state is maintained even after and after the thermoplastic state has cooled. There are no segregation processes. This ensures uniform mechanical properties of the molded body at room temperature.
  • the Staudinger index [ ⁇ ] or intrinsic viscosity has the following relationship with the molecular weight, the weight average of the molecular weight distribution
  • ⁇ ever is an exponent dependent on the molecular shape and the K value is a constant dependent on the solute and the solvent.
  • the Staudinger index within the range of polymer homologues is greater, the greater the molecular weight of the polymer with otherwise unchanged parameters. The measurement of the Staudinger index cannot determine the absolute molecular weights.
  • starch network in addition to the inherent elasticity of the starch gels, which is in any case given the degree of polymerization of the amylopectin molecules which constitute them, a type of "starch network” can also arise, which is built up by the entanglement and entanglement of the amylopectin molecules, and by branching the Molecule is supported. But amylose molecules can also participate in this "starch network” if the degree of polymerization is sufficiently high.
  • the chemical substitution of the starch hydroxy groups with formation of ether, ester, vinyl and acetal can also be advantageous since they promote the formation of starch networks.
  • Step d) and step e) are carried out under conditions which prevent further degradation of the amylose and amylopectin molecules.
  • the shaped body obtained in step d) or e) thus has the essentially the same degree of polymerization of the starch that the steps a) to c) have brought about.
  • a rubber plateau can usually only be observed with crosslinked (chemical crosslinking) polymers (cf. Intrusion to Polymers, ed. RJ Young, PA Lovell, Chapman and Hall, London, 2nd edition 1991, pages 344/345).
  • the masses of the present invention unexpectedly exhibit a rubber plateau despite the absence of three-dimensional chemical crosslinking.
  • compositions according to the invention and obtained with the production process according to the invention show mechanical properties in the temperature range from about 20 ° C. to about 80 ° C., such as, for example, B. e B , ⁇ m , E, which are essentially independent of the temperature.
  • the rubber plateau is of crucial importance for the forming and filling of the films into filled moldings.
  • the forming process of the strand of material into a shaped body requires elongations at break of the strand of material, in particular the film, of at least 100% in the range from 40 ° C. to 90 ° C., preferably from 60 ° C to 80 ° C.
  • the elongation at break of the strand of material, in particular film is at least 160% and more preferably at least 240%.
  • the strength ⁇ m of the strand of material, in particular of the molded body produced therefrom, must be at least 2 MPa at 25 ° C. and 60% relative atmospheric humidity.
  • ⁇ m is greater than or equal to 3.5 MPa and more preferably greater than or equal to 5 MPa. This value ensures sufficient stability of the capsule shell at room temperature (packaging, storage, transport security and use).
  • the total plasticizer content of the mixture used in step a) is at least 12% by weight, based on the weight of the anhydrous starch.
  • the content of the plasticizer is in a range from 30% by weight to 60% by weight and more preferably in a range from 38% by weight to 55% by weight. %.
  • the process control according to the invention largely eliminates severely degraded starch oligomers. This allows large amounts of plasticizers to be incorporated into the mass.
  • the oligomers formed in the prior art homogenization methods also have a softening effect and the incorporation of large amounts of plasticizer would not be possible.
  • Plasticizers are preferred which have a solubility parameter of equal to or> 16.3 (MPa) ⁇ / 2 .
  • the organic plasticizers are selected from the group consisting of polyalcohols, organic acids, amines, acid amides and sulfoxides. Polyalcohols are preferred. But water also acts as a plasticizer and thus forms part of the total plasticizer content.
  • the water content of the mixture used in step a) is in a range from 6 to 30% by weight, based on the overall mixture.
  • the water content of the mixture used in step a) can be selectively reduced in step b) or c) in the process according to the invention. be changed.
  • the physical parameters, which depend on the water content, can thus be subjected to changes.
  • the mixture used in step a) can contain at least one additive in a weight range from 3.5% by weight to 15% by weight, preferably from 5% by weight to 8% by weight % are added based on the total weight of the mixture.
  • the additives are selected from the group consisting of carbonates and bicarbonates of alkali and alkaline earth metal ions, further disintegrants, fillers, dyes, antioxidants, physically and / or chemically modified biopolymers, in particular polysaccharides and vegetable polypeptides.
  • the opacity of the homogenized mass is e.g. preferably achieved with the addition of titanium dioxide as a filler.
  • Calcium carbonate and amylases are preferably added as a disintegration aid for rapid disintegration of the capsule shell.
  • the group of physically and / or chemically modified biopolymers includes cellulose, in particular partially hydroxypropylated cellulose, alginates, carrageenan, galactomannans, glucomannans, casein.
  • the mixture used in step a) additionally contains an internal lubricant and mold release agent which is selected from the group consisting of lecithins, mono-, di- or triglycerides of fatty acids, polyglycerol esters of fatty acids, polyethylene glycol esters of fatty acids, sugar esters Fatty acids and fatty acids.
  • the lubricant and mold release agent is preferably contained in the mixture in a range from 0 to 4% by weight, based on the total weight of the mixture. It is preferably added to the mixture in 0.5 to 2% by weight and more preferably in 0.8 to 1.5% by weight.
  • the lubricant and mold release agent is advantageously selected from the group consisting of glycerol monostearate and lecithin.
  • Edible fatty acids are understood to mean the monocarboxylic acids which occur as acid components of the triglycerides of natural fats. They have an even number of carbon atoms and an unbranched carbon skeleton. The chain length of the fatty acids varies from 2 to 26 carbon atoms. A large group of the fatty acids are saturated fatty acids.
  • the starch mass can be extruded in the thermoplastically processable state in step c) by means of a slot die into a starch film or starch tape.
  • the mass can also be unshaped from the thermoplastically processable state, cooled, dried and processed into granules that can be stored (with the exclusion of moisture). This granulate is available for later processing.
  • only a proportion of the necessary lubricants or mold release agents, plasticizers and additives can be added to the mass processed into granules.
  • the addition of animal and / or vegetable fats to avoid undesirable color effects in the first processing device can be dispensed with and only mixed in when the granules are remelted in the second processing device.
  • extruded tapes are then either processed directly or, if necessary, wound up on rolls using plastic films as an intermediate layer.
  • Plastic films as an intermediate layer.
  • Polyethylene has proven to be the most suitable film material.
  • the starch film obtained by means of the process according to the invention can be processed in particular for the production of soft capsules on all systems known in the art for producing one-piece capsules. Continuous systems and in particular the rotary die process have proven to be particularly suitable.
  • the capsule wall is welded from two molded parts halved in advance from a starch film under the effect of heat, preferably greater than or equal to 50 ° C. Two "endless starch films" are led through two adjacent, in opposite directions rotating rollers or rollers with recesses.
  • the pumpable and sprayable capsule filling is metered precisely by means of a valve and introduced into the feed angle of the form rollers via a filling wedge.
  • the shape and size of the capsule is therefore dependent on the geometric dimensions of the cutouts in the rollers and the filling volume metered in.
  • capsule should not only be understood to mean the typical capsule shapes, but also any other possible form of "casings", such as e.g. Balls, pillows and figures. To date, numerous further developments and deviations from this basic principle exist.
  • the one-piece capsule shells produced by means of the starch film according to the invention can also be coated, e.g. to delay the release of active substances.
  • the multi-layer structure enables a starch film to be produced which has an easily weldable coating on the inside, while the outside is coated in such a way that a retarding effect of the capsule disintegration occurs.
  • Part of the present invention is also a homogenized, starch-containing composition which contains at least one essentially amorphous starch, which is preferably present in a weight range from 45 to 80% by weight, based on the total weight of the composition, the composition further contains water, at least one organic plasticizers in a proportion of at least 12% by weight based on the weight of the anhydrous starch, the Staudinger index of the starch in the homogenized mass being at least 40 ml / g.
  • a Staudinger index of strength of at least 50 ml / g is preferred, more preferably at least 80 ml / g.
  • a Staudinger index of strength greater than or equal to 100 ml / g is particularly preferred. Even better properties are obtained with a Staudinger index of strength greater than or equal to 130 ml / g.
  • the Staudinger index of starch must not exceed 1000 ml / g, preferably 700 ml / g and more preferably 300 ml / g.
  • a starch with an amylopectin content of greater than or equal to 50% by weight, based on the weight of the anhydrous starch, is advantageously used.
  • the content of organic plasticizers is advantageously in the range from 30% by weight to 60% by weight, preferably in a range from 38% by weight to 55% by weight and more preferably in a range from 40 to 50% by weight, based on the Total weight of the mass.
  • the shaped body has a water content of at most 15% by weight, based on the total weight of the mass.
  • an elongation at break at an encapsulation temperature of 40 ° C. to 90 ° C. of at least 100% is required, but the elongation at break is preferably at least 160% and more preferably at least 240%.
  • the shaped body in particular the soft capsule shell formed from the film, has a strength of ⁇ m at 25 ° C. and 60% relative atmospheric humidity, preferably at least 3.5 MPa and more preferably at least 5 MPa.
  • Shaped bodies which are produced from the composition according to the invention are also part of the invention.
  • Another part of the invention is a one-piece capsule shell which contains starch with a Staudinger index of at least 40 ml / g, preferably of at least 50 ml / g and more preferably of at least 80 ml / g.
  • a capsule with is particularly advantageous a Staudinger index of 100 ml / g strength and even better a Staudinger index of I30ml / g.
  • compositions of the invention are well suited for the production of multi-chamber or two-chamber capsules such as z. B. are described in WO 00/28976. Since the water content of the film or films can be set to a low level, almost no stresses occur in the finished dried capsules, in particular in the partitions forming the chambers, which significantly increases the stability of the multi-chamber capsule compared to multi-chamber soft gelatin capsules.
  • two-chamber capsules can be realized, one chamber of which is filled with powder or granules and the other chamber of which contains a liquid
  • the shaped body in particular the capsule shell, has a thickness in the range between 0.1 and 2 mm, preferably between 0.2 and 0.6 mm.
  • the molded body in particular the soft capsule shell, consists of a multilayer film. At least two of the films have different chemical compositions.
  • thermoplastically processable starch melt can also be used for the production of any other type of molded body, in particular packaging materials.
  • the mass can be processed, in particular extruded, in the thermoplastic state.
  • FIG. 1 shows the elongation at break [ ⁇ _ > ] of a mass containing starch as a function of the Staudinger index [ ⁇ ],
  • Figure 2 is a highly schematic representation of a filling and forming station in the rotary die process
  • FIG. 3 shows the symbolic representation of a twin-screw extruder with the temperature conditions prevailing therein
  • FIG. 4 shows the Young's elastic modulus E [MPa] of a homogenized mass containing starch according to the invention as a function of the temperature (conditioned at 50% relative atmospheric humidity).
  • the elongation at break and the Young's elastic modulus E are measured in accordance with DIN standard 53455 or DIN EN ISO 527-1 to ISO 527-3.
  • the elongation at break measurement is carried out in accordance with this DIN standard at the corresponding encapsulation temperature.
  • the Staudinger index [ ⁇ ] is measured in accordance with the DIN standard: DIN 51562-1 to 51562-4.
  • DIN standard DIN 51562-1 to 51562-4.
  • the plasticizer content of the samples and their influence on the throughput times in the Ubbelohde viscometer had to be taken into account.
  • the influence of the plasticizer content on the flow time t 0 was first determined. Using the calibration lines obtained, the flow times could then be correspondingly determined for any plasticizer content
  • the Staudinger index determined for the degraded starches are listed in Table 1 together with the mechanical properties of the associated samples.
  • Glycerin 41.8% by weight based on the content of the anhydrous
  • Starch water 1.3 - 2.0% by weight based on the total weight.
  • the mixtures were homogenized in a Brabender kneader at I60rpm and a kneading time of 15 min each at variable kneading temperatures of 110 ° C, 160 ° C, 200 ° C, 220 ° C and 235 ° C.
  • FIG. 1 shows the dependence of the elongation at break of the mass containing starch on the Staudinger index of the starch. From Figure 1 and associated Table 1 it can be seen that the Staudinger index of starch decreases with increasing temperature in the Brabender kneader, i.e. with an otherwise unchanged composition and unchanged process parameters (the only variable is the temperature), the degree of degradation of the starch increases. 97% elongation at break is achieved with a Staudinger index of 82.8 ml / g. After that, the elongation at break increases asymptotically to a limit value of approx. 105% with increasing value of the Staudinger index.
  • the initial value of the Staudinger index ie the value from which a noticeable increase in the elongation at break is observed, is dependent on the plasticizer content and only dependent on the molecular weight average of the starch molecules or the corresponding Staudinger index. If the proportion of plasticizer is less, the curve is flatter overall, ie shifted to lower elongations at break.
  • the Staudinger index of the total mass is measured, the value of the index is essentially only dependent on the degree of polymerization of the starch.
  • the value of the Stauding ⁇ r index is essentially independent of the other components of the mass (or their minor influence can be taken into account by calculation).
  • ⁇ m The maximum strength ⁇ m was determined in accordance with DIN standard 53455 and DIN EN ISO 527-1 to ISO 527-3. ⁇ m also shows a dependency on the Staudinger index, ie the degree of degradation of the starch. The lower the Staudinger index under otherwise unchanged conditions, the lower ⁇ m .
  • the designated overall by 1 and filling Form ⁇ tation in Figure 2 has a form of pair of rollers 6 for the encapsulation on to ⁇ ich known Wei ⁇ e, 6 ⁇ , wherein, the information necessary for formation of the Kap ⁇ eln recesses are arranged in the surfaces of the forming rolls.
  • a filling wedge 5 is arranged in the draw-in gusset of the pair of shaping rollers, through which the filling material can be introduced by means of a feed pump 4.
  • the capsule shell consists of two layers with different material properties, which are formed by the two starch films 7a, 7a x on the one hand and 7b, 7b 'on the other hand.
  • the starch films are molded and welded into a one-piece soft capsule between the pair of shaping rolls, enclosing the filling material.
  • the individual capsules 9 are collected and, if necessary, fed to a drying process, while the remaining film skeleton 8 can possibly be processed into new capsules by recycling.
  • FIG. 3 shows, in a highly simplified manner, a twin-screw extruder 10, which in the present case is composed of twelve individual housing blocks 1-12.
  • the housing blocks are numbered from left to right.
  • Each housing block can be heated electrically with a separate control circuit and / or cooled with cold water using valve-controlled inflows.
  • individual blocks can be provided with connecting pieces, as will be explained below.
  • it is a co-rotating, intermeshing twin-screw extruder, the diameter of a screw being 44 mm.
  • the length of the entire worm shaft is 2 '112 mm, which corresponds to a length to diameter ratio of 48.
  • material is discharged through a nozzle 14.
  • This nozzle can have, for example, twelve holes of 2 mm in diameter. It would be conceivable to hotly chop off the individual strands of material for the production of granules and then feed to a fluid bed dryer. A finished material film could, however, also be pulled off directly on the nozzle 14.
  • Kneading disks 13 of different configurations are arranged on the screws 12 at suitable points in order to achieve the most homogeneous possible kneading of the material mixture.
  • the block 1 is water-cooled and provided with a powder feed 15.
  • Block 2 is closed, while on block 3 an injection nozzle 16 is arranged for dosing liquid into the kneading space.
  • Fine neutral kneading disks 13 are arranged in the transition area of blocks 2 and 3.
  • Blocks 4 to 6 are in turn closed, wide, neutral and returning kneading disks being provided on block 5.
  • Block 7 has a connection line 17 which is connected to a vacuum source.
  • a powder feeder 18 is again arranged at block 8 and the screw is provided with fine, neutral and or promoting kneading disks.
  • Block 9 also has an injection nozzle 19, while block 10 is closed.
  • the screw in block 10 has wide, neutral and returning kneading disks.
  • Block 11 has a further exhaust line 20, which can be connected to a negative pressure source or to the atmosphere.
  • Block 12 is closed, but the screw there has medium-sized, supporting kneading disks.
  • a temperature curve is recorded below the schematic screw conveyor.
  • the adjustable temperature accuracy is +/- 3 ° C.
  • the temperatures indicated are the block temperatures, which do not necessarily have to be identical to the temperature in the melt.
  • the temperature in the melt is obviously influenced by other parameters, in particular by the speed of the screw. For extrusion, it is therefore necessary to take these circumstances into account and adjust the adjustable sizes to each other in such a way that optimal material properties are achieved.
  • a speed of 340 revolutions per minute (rpm) is driven.
  • the total throughput is approx. 34.3 kg / h and the energy consumption is approx. 0.175 kWh / kg.
  • 20 kg / h (approx. 60%) starch powder is added to block 1, which is kept at 20 ° C.
  • the powder is drawn in with shear edges and fed to blocks 2 and 3 heated to 100 ° C.
  • 11 kg / h (approx. 30%) glycerol are metered in at a working pressure of at least 10 bar via a gravimetric piston pump.
  • the temperature is increased to 140 ° C.
  • a negative pressure of 800 mbar is applied, with about 6% of the water escaping.
  • the temperature is now reduced to 110 ° C.
  • 1.4 kg / h approximately 10%
  • calcium carbonate is supplied.
  • 1.9 kg / h about 5 to 8%
  • glycerol can be added to block 9.
  • the working pressure is also at least 10 bar. If this connection is not required, it is closed with a blind plug.
  • a negative pressure is again applied, about 2 to 4% of water escaping. If necessary, however, only atmospheric ventilation is sufficient.
  • the temperature of the melt must not exceed 160 ° C at any point of the extruder, because otherwise the starch is thermally degraded. It also applies that the thermal change in the starch is less, the shorter the melt is exposed to a high temperature. An optimal relationship must therefore be established between temperature control and material throughput.
  • the temperature dependence of the Young's elastic modulus E is illustrated in FIG. 4.
  • the composition of the test specimens corresponds to Example 2 (solid line).
  • the theoretical temperature behavior of a thermoplastic with a similar glass transition temperature is shown. While the elastic modulus of the "normal" thermoplastic ( dashed line) rapidly falls linearly to zero, the E-module is almost independent of the temperature in the test specimens in a range from 40 ° C to approx. 70 ° C. This behavior is, among other things, responsible for the advantageous properties of the present invention.
  • the following components are metered continuously and converted into the thermoplastically processable state using a twin-screw extruder (type ZSK 30, Werner & Pfleiderer).
  • Glycerol monostearate 0.147 kg / h
  • Blocks 2 and 3 100 ° C
  • Block 4 to 6 140 ° C
  • Blocks 7 to 9 110 ° C
  • Glycerin monostearate 1.11%
  • the extruded film is suitable for the production of moldings of any kind and is particularly advantageous for the production of one-piece capsule shells in the rotary die process.
  • the starch in the mass obtained according to this example has a Staudinger index of 107.2 ml / g ⁇ 5% and the extruded film has an elongation at break at an encapsulation temperature of 102% ⁇ 10%.
  • the following components are continuously metered using a twin-screw extruder (type ZSK 30, Werner & Pfleiderer) and converted into the thermoplastically processable state.
  • a twin-screw extruder type ZSK 30, Werner & Pfleiderer
  • Glycerol monostearate 0.147 kg / h
  • Glycerin (99.5% purity) 4.67 kg / h
  • a vacuum can alternatively be applied to draw off excess water (from the starch powder) (e.g. 800 mbar).
  • Glycerol monostearate 1.18% starch (water-free): 58.81%
  • the extruded film is suitable for the production of shaped articles of any kind and is particularly advantageous for the production of one-piece capsule shells in the rotary die process.
  • the starch in the mass obtained according to this example has a Staudinger index of 115.6 ml / g ⁇ 5% and the extruded film has an elongation at break at the encapsulation temperature of 107% ⁇ 10%.
  • thermoplastically processable state using a twin-screw extruder (type ZSK 235, Krupp, Werner & Pfleiderer):
  • Glycerin monostearate 1.06%
  • Glycerin purity 98%): 3.64% sorbitol syrup (contain 30% water) 36.36%
  • Screw speed of the twin-screw extruder 150 rpm.
  • a pressure of 400 mbar was applied using a vacuum pump in order to draw off excess water (mainly due to the moisture content of the starch and the sorbitol syrup being introduced into the process).
  • Block 1 20 ° C
  • Block 10-12 100 ° C
  • the specific energy consumption during extrusion was 0.195 kWh / kg.
  • Glycerin monostearate 1.32%
  • the extruded film is suitable for the production of moldings of any kind and is particularly advantageous for the production of one-piece capsule shells in the rotary die process.
  • the starch in the mass obtained according to this example has a Staudinger index of 92.5 ml / g ⁇ 5% and the extruded film has an elongation at break at an encapsulation temperature of 188% ⁇ 10%.
  • thermoplastically processable state using a twin-screw extruder (type ZSK 25, Krupp, Werner & Pfleiderer):
  • Glycerin monostearate 1.08%
  • Sorbitol syrup (containing 30% water): 36.36%
  • the specific energy consumption during extrusion was 0.265 kWh / kg.
  • the extruded film is suitable for the production of moldings of any kind and is particularly advantageous for the production of one-piece capsule shells in the rotary die process.
  • the starch in the mass obtained according to this example has a Staudinger index of 128.3 ml / g ⁇ 5% and the extruded film has an elongation at break at encapsulation temperature of 156% ⁇ 10%.
  • thermoplastic processable state The following components are continuously metered using a twin-screw extruder (type ZSK 25, m Krupp, Werner & Pfleiderer) and transferred to the thermoplastic processable state:
  • Glycerin monostearate 1.15%
  • Sorbitol (30% water content) 27.61%
  • Glycerin monostearate 1.40%
  • the extruded film is suitable for the production of moldings of any kind and is particularly advantageous for the production of one-piece capsule shells in the rotary die process.
  • the starch in the mass obtained according to this example has a Staudinger index of 79.3 ml / g ⁇ 5% and the extruded film has an elongation at break at an encapsulation temperature of 203% ⁇ 10%.
  • thermoplastically processable state using a twin-screw extruder (type ZSK 25, Krupp, Werner & Pfleiderer):
  • Glycerin monostearate 1.02%
  • Sorbitol syrup (containing 30% water): 19.63%
  • Glycerin monostearate 1.26%
  • the extruded film is suitable for the production of molded articles of any kind and is particularly advantageous for the production of one-piece capsule shells in a rotary die process.
  • the starch in the mass obtained according to this example has a Staudinger index of 74.8 ml / g + 5% and the extruded film has an elongation at break at encapsulation temperature of 184% ⁇ 10%.
  • thermoplastically processable state using a twin-screw extruder (type ZSK 25, Krupp, Werner & Pfleiderer): All figures in% by weight:
  • Glycerin monostearate 1.10% Glycerin (purity 98%) 3.55% sorbitol syrup (with high
  • the specific energy consumption during extrusion was 0.185 kWh / kg.
  • Glycerin monostearate 1.37%
  • the extruded film is suitable for the production of moldings of any kind and is particularly advantageous for the production of one-piece capsule shells in the rotary die process.
  • the starch in the mass obtained according to this example has a Staudinger index of 88.1 ml / g ⁇ 5% and the extruded film has an elongation at break at encapsulation temperature of 240% ⁇ 10%.
  • Tab. 1 The mechanical properties of the starch films with 41.8% glycerol depending on the Staudinger index [ ⁇ ]

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stärke enthaltenden Formkörpers und eine homogenisierte Stärke enthaltende Masse bzw. einen daraus hergestellten Formkörper. Das Verfahren wird derart durchgeführt, dass der Wert des Staudinger-Index der damit hergestellten Masse mindestens 40 ml/g beträgt. Ein solcher Wert des Staudinger-Index gewährleistet eine Bruchdehnung des extrudierten Materials von wenigstens 100 % bei Verkapselungstemperatur, womit Weichkapseln mit einteiliger Kapselhülle im Rotary-Die-Prozess besonders bevorzugt hergestellt werden können.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES STÄRKE ENTHALTENDEN FORMKÖRPERS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stärke enthaltenden Formkorpers, eine homogenisierte, Stärke enthaltende Masse und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Weichkapsel gemäss der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche.
Formkörper aus biologisch abbaubaren Materialien sind aus Gründen des Umweltschutzes schon seit längerem von ausserordentli- chem Interesse. Als Folge der BSE-Problematik gewinnen insbesondere Kapseln mit einer Kapselhülle aus gelatinefreien Materialien für die Verabreichung pharmazeutisch wirksamer Substanzen an Bedeutung .
In einer Reihe von Publikationen wird die Herstellung von Steckkapseln aus Stärke beschrieben, wie z.B. in EP 118 240 und US 4,738,724. Die Steckkapseln werden als zweiteilige Hülle im Spritzgussverfahren vorfabriziert und, gegebenenfalls nach Zwi- schenlagerung, mit hochviskosen oder festen Wirksubstanzen gefüllt. Aufgrund von Undichtigkeiten der Steckverbindung eignen sich Steckkapseln nicht für niedrigviskose Flüssigkeiten. Zudem ist der Herstellungsprozess einer gefüllten Steckkapsel aufwendig und kostspielig, da die Arbeitsschritte Herstellen und Füllen der Kapselhülle getrennt voneinander vorgenommen werden.
Für flüssige, im weitesten Sinne pumpbare Kapselinhaltsstoffe haben sich Kapseln mit einer einteiligen Kapselhülle aus Gelatine durchgesetzt, die in kontinuierlichen, automatisierbaren Verfahren hergestellt werden können. Die Herstellung der Kapsel- hülle und das Füllen derselben geschieht dabei in einem einzigen Arbeitsschritt. In diesen kontinuierlichen, l-Schritt-Verfahren werden Formteile gefertigt, aus denen die Kapselhülle während und nach dem Füllen durch Verschweissen der Aussenkanten der Formteile zusammengefügt werden. Die Formteilfertigung geschieht entweder mittels auseinander- und zusammengehender Formen, wie z.B. im Norton- , Banner und Schering-Prozess oder mittels rotierender Formwalzen, wie es z.B. im Rotary-Die-Prozess und im Accogel-Verfahren verwirklicht ist ("Die Kapsel" Fahrig/HoferHerausgeber, Stuttgart, 1983; Lachmann/Liebermann/Kanig, "The Theory and Practice of Industrial Pharmacy"; Third Edition, Philadelphia 1986) . Das Füllen erfolgt mit Hilfe von Dosierpum- pen, die eine definierte Menge Wirksubstanz während des Ausstanzens und Verschweissens der Formteile zur Bildung einer einteiligen Kapselhülle abgeben. Das Verschweissen, d.h. die Ausbildung der Nähte erfolgt generell durch Druck und Wärme. Die Her- stellkosten sind gegenüber der Herstellung von zweiteiligen Steckkapseln erheblich reduziert.
US 5,342,626 beschreibt die Herstellung von Kapseln im Rotary- Die-Prozess, wobei das Kapselhüllmaterial aus Carrageenan, Mannan-Gums, wie z.B. Galacto- und Glucomannanen, Gelan bzw. Mischungen untereinander besteht. Diese makromolekularen pflanzlichen Biopolymere sind jedoch aus Kostenüberlegungen inakzeptabel, da die Rohstoffe zu teuer sind.
Der Herstellungsprozess für einteilige Kapseln stellt an das Kapselhüllmaterial eine Reihe von Anforderungen. Eine der Hauptvoraussetzungen ist die Fähigkeit des Kapselhüllmaterials hochelastische "endlose" Bänder mit einer ausreichenden Festigkeit auszubilden. Die Kapselhülle muss sich bei Bedarf im Magendarmtrakt rasch lösen, um die Wirksubstanzen freisetzen zu können. Das Kapselhüllmaterial muss verschweissbar sein. Die Moleküle des die Formteile bildenden Materials, insbesondere die Makromoleküle des Polymeren, sollten sich an der Nahtstelle idealerweise durchdringen, um eine ausreichende Stabilität der Nahtstelle zu gewährleisten. Gelatine erfüllt all diese Bedingungen in nahezu idealer Weise und konnte als Material für einteilige Kapselhülle bislang nicht ersetzt werden.
Unter Verfügbarkeits- und Kostenkriterien ist Stärke auch für die Herstellung einteiliger Kapselhüllen ein wünschenswertes Ausgangsmaterial .
Die Herstellung von Stärkefilmen wurde schon mehrfach beschrieben, die Kombination von Eigenschaften, die ein solcher Stärkefilm zur Herstellung einteiliger Kapselhüllen aufweisen muss, wurde bis anhin jedoch nicht offenbart.
EP 474 705 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Stärkeformkörpern durch Extrusion einer Stärkeschmelze . Die Stärke- schmelze enthält Stärke mit einem Amylosegehalt über 50 % und Zuschlagstoffen. Aus der Schmelze wird vor, während und/oder nach dem Extrudieren das Wasser durch Anlegen von Unterdr ck entfernt. Die aus diesem Material extrudierten Folien weisen eine Bruchdehnung zwischen 80 und 200% auf. Hochamylosehaltige Stärken sind als Kapselhüllmaterial nicht geeignet, da die Tendenz der Amyloseketten zur Retrogradation einem schnellen Auflösen der Kapselhülle entgegensteht.
EP 0 397 819 offenbart ein Verfahren zum Herstellen thermoplastisch verarbeitbarer Stärke, wobei der kristalline Anteil in der Stärke unter 5% liegt. Das Verfahren besteht im Mischen na- tiver Stärke mit mindestens 10 Gew.% eines Zuschlagstoffes, welcher einen Löslichkeitsparameter von mindestens 30,7 (MPa)12 besitzt. Die Mischung wird unter Wärmezufuhr in einem Tempera- turbereich zwischen 120°C und 220°C in eine Schmelze überführt. Der Wassergehalt der Stärke wird bereits in der Schmelze auf unter 5% reduziert. Die Molmasse der eingesetzten Stärke ist vor der Überführung in den thermoplastischen Zustand grösser als 1 000 000 Dalton, bevorzugt zwischen 3 000 000 Dalton und 10 000000 Dalton. Dieses Verfahren liefert zwar eine thermoplastische Stärke mit guter Verarbeitbarkeit zu Formkörpern, welche eine ausreichende Festigkeit aufweisen, die Bruchdehnung der mit dieser thermoplastischen Stärke hergestellten Formkörper erreicht jedoch nur Werte zwischen 40 und 55%. Die Elastizität der Stärkefilme ist damit für die Herstellung einteiliger Kapselhül- len in kontinuierlichen Verfahren zu gering und führt zu einem Reissen der Formteile bei der Herstellung bzw. zu Rissen in der fertigen Kapsel.Auch zeigt der Stärkefilm nicht die Verschweiss- barkeit bzw. Nahtfestigkeit, die den Qualitätsanforderungen, die an einteilige Kapselhüllen gestellt werden, genügt.
EP 304 401 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung geformter Gegenstände aus Stärke. Die dazu notwendige thermoplastische Stärkeschmelze wird aus einer vorbehandelten Stärke hergestellt. Die Destrukturierung (Zerstörung der kristallinen Bereiche) der nativen Stärke und die anschliessende Homogenisierung (überführen in den thermoplastischen Zustand) findet jeweils bei Temperaturen zwischen 120°C und 190°C in einem geschlossenen Gefäss mit einem Wassergehalt zwischen 10 und 20% statt. Die Bruchdehnung der nach diesem Verfahren hergestellten Stärkefilme ist für die Produktion einteiliger Kapselhüllen nicht ausreichend. Die Stärkefilme zeigen darüber hinaus auch eine unzureichende Verschweissbarkeit und Nahtfestigkeit .
EP 0 542 155 offenbart biologisch abbaubare Formmassen, die sich unter anderem zur Filmherstellung eignen. Die Formmassen enthalten neben thermoplastisch verarbeitbaren Stärke Zellulosederi- vate. Die Bruchdehnung übersteigt den Wert von 85 % jedoch nicht, was für die Herstellung einteiliger Kapselhüllen in kontinuierlichen Verfahren nicht ausreicht. Die Verschweissbarkeit der Filme ist unbefriedigend. Viele der in EP 542 155 offenbarten Polymerblends enthalten Substanzen, die für pharmazeutische Anwendungen und für Nahrungsmittel nicht zugelassen sind.
WO 97/35537 offenbart mittels rotierender Formwalzen hergestellte einteilige Kapseln, die gelierte Stärke enthalten. Das teilweise Anlösen der Filmoberfläche hat sich in der Herstellung einteiliger Kapseln in Bezug auf Transport- und Druckstabilität als nachteilig erwiesen (beim Herausdrücken der Kapseln aus den Blisterverpackungen) . Die Kapselhüllen werden dadurch im Bereich der Nahtstelle zu weich und zu flexibel.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik.
Insbesondere besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin gelatinefreie Formkörper und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitzustellen. Es sollen insbesondere Stärkekapseln mit einteiliger Kapselhülle bereitgestellt werden.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Stärke enthaltenden Film bereitzustellen, welcher zu einteiligen Kapselhüllen mittels halbkontinuierlicher oder kontinuierlicher Verfahren, insbesondere mittels des Rotary-Die-Prozess, verarbeitet werden kann.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Stärkefilm zur Herstellung der Kapselhülle bereitzustellen, der bei herrschenden Verarbeitungsbedingungen während des Verkapselungsvorgangs eine Bruchdehnung von mindestens 100% aufweist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, Stärkefilme mit guter Ver- schweissbarkeit bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, Stärkekapseln mit einteiliger Kapselhülle bereitzustellen, welche nach einer Lagerdauer von wenigstens einem Jahr weder Undichtigkeiten zeigen, noch Veränderungen der Auflösungsgeschwindigkeit der Kapselhülle.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche .
Insbesondere werden sie gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Stärke enthaltenden Formkorpers, insbesondere einer Weichkapsel mit einteiliger Kapselhülle, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst
a) Überführung einer Mischung enthaltend mindestens eine Stärke, Wasser, und mindestens einen organischen Weichmacher, unter Erhitzen und Kneten in eine thermoplastisch verarbeitbare, vorzugsweise homogenisierte, Masse in einer ersten Verarbeitungseinrichtung; b) gegebenenfalls Herstellen eines lagerfähigen Zwischenproduktes, insbesondere eines Granulates nach Abkühlen der in Schritt a) erhaltenen Masse und nachfolgendes Überführen des Zwischenproduktes in eine thermoplastisch verarbeitbare Masse in einer zweiten Verarbeitungseinrichtung; c) Herstellen wenigstens eines Materialsstranges, insbesondere eines extrudierten Films, am Ausgang der ersten oder gegebenenfalls zweiten Verarbeitungseinrichtung, d) Umformen des Materialstranges zu einem Formkörper in einem kontinuierlichen oder intermittierenden Formverfahren; e) gegebenenfalls Trocknen des Formkörper, f) wobei die Schritte a) bis c) derart durchgeführt werden, dass in Schritt d) der Staudinger-Index [η] der Stärke in der den Materialstrang bildenden Masse einen Wert von nicht weniger als 40 ml/g, bevorzugt mindestens 50 ml/g und noch bevorzugter mindestens 80 ml/g aufweist. Noch bessere Eigenschaf en werden erhalten, wenn der Staudinger-Index der Stärke einen Wert von grösser oder gleich 100 ml/g hat. Die vorteilhaftesten Eigenschaften werden erhalten mit einem Wert des Staudinger- Index der Stärke von grösser oder gleich 130 ml/g. Der Staudinger- Index darf einen maximalen Wert von 1000 ml/g nicht übersteigen. In einer vorteilhaften Ausführungsform übersteigt der Staudinger- Index 700 ml/g und noch bevorzugter 300 ml/g nicht.
Die in Schritt a) eingesetzte Mischung enthält die Stärke vorzugsweise in einem Gewichtsbereich von 45 bis 80 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung.
Der Begriff "einteilig" soll zur Abgrenzung gegenüber den zweiteiligen Kapseln verstanden werden, welche durch Stecken und/oder Verkleben zweier Kapselteile mit übereinandergelegten Aussenkanten erzeugt werden. Die einteilige Kapselhülle kann gänzlich ohne Nahtstelle oder aber, wenn aus Formteilen gebildet, mit verschweisster Nahtstelle, ausgebildet sein.
Der Begriff „Weichkapsel" ist als Produkt der in der Literatur aufgeführten gängigen kontinuierlichen und halbkontinuierlichen, 1-Schritt-Herstellungsverfahren für einteilige Kapseln zu verstehen. Er dient dabei weniger zur Differenzierung des Weichma- chergehaltes, da auch Hartkapseln, als Bezeichnung für zusammengefügte zweiteilige Kapseln, einen Weichmachergehalt von bis zu 12% bezogen auf die Gesamtmasse enthalten können. Die Begriffe „thermoplastisch verarbeitbar, Schmelze und amorph" werden definiert nach Römpp Chemie Lexikon, Hrsg: J. Falbe, M. Regitz, 9. Auflage, 1992, Georg Thieme Verlag, Stuttgart. Unter dem Begriff Stärke sollen native Stärken, sowie physikalisch und/oder chemisch modifizierte Stärken verstanden werden. Für die in Schritt a) des erfindungsgemäεsen Verfahrens eingesetzte Mischung sind alle Stärken, unabhängig von der Pflanze aus der sie gewonnen werden, geeignet. In einer bevorzugten Aus- führungsform handelt es sich um Stärke, deren Amylopektingehalt über 50% bezogen auf das Gesamtgewicht der wasserfreien Stärke liegt. Als für das Verfahren bevorzugt haben sich physikalisch und/oder chemisch modifizierte Kartoffelstärken erwiesen.
Für die vorliegende Erfindung sind jedoch im weitesten Sinne alle Polyglucane, d.h. 1.4 und/oder 1.6 Poly-α-D-glucane und/oder Abmischungen zwischen diesen geeignet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stärke eine hy- droxypropylierte Stärke. Der Substitutionsgrad (DS = degree of Substitution) ist dabei im Bereich von 0.01 bis 0.5, vorzugsweise im Bereich von 0.05 bis 0.25 und noch bevorzugter im Bereich von 0.1 bis 0.15. Insbesondere handelt es sich um hydroxypropy- lierte Kartoffelstärke.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Stärke um vorverkleisterte Stärke. Oberhalb einer für jede Stärkeart typischen Temperatur tritt in wässrigen Stärkesuspensionen nach Erreichen eines Höchstquellungsgrades "Lösung" der Stärkekörner ein, d.h. irreversible Desintegration der Stärkekörner. Dieser Vorgang wird auch als "Verkleisterung" bezeichnet. Die Verkleisterung, d.h. die irreversible Quellung der Stärkekörner bei höherer Temperatur bis zum 40-fachen des ursprünglichen Volumens beruht auf einer allmählichen Wasserauf- nähme und Lösung von Wasserstoffbrücken-Bindungen, die eine weitere Hydratation bis zur völligen Desintegration des Stärkekorn- Gefüges ermöglicht.
Die Überführung der Stärke enthaltenden Mischung in den thermoplastischen, vorzugsweise homogenisierten Zustand in Schritt a) , ebenso wie die danach folgenden Verarbeitungsschritte b) und c) , müssen unter Bedingungen erfolgen, die einen unkontrollierten Abbau der Amylose- und Amylopektinmoleküle zu kurzen Bruchstücken verhindern.
Es muss das Zusammenwirken aller Verarbeitungsparameter wie z.B. Temperatur, Druck, Verweilzeit und Knetleistung, während der Schritte a) bis c) berücksichtigt werden, um einen weitgehenden Abbau der Stärkemoleküle zu verhindern. So kann z.B. auch bei relativ hohen Temperaturen ein weitgehender Abbau der Stärkemoleküle vermieden werden, wenn die Verweilzeiten der Stärke enthaltenden Masse bei diesen Temperaturen klein gehalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform übersteigt die Temperatur der Masse in der ersten und gegebenenfalls zweiten Verarbeitungseinrichtung, sowie beim Herstellen des Materialstranges 160°C , bevorzugt 140°C, noch bevorzugter 120°C und am vorteilhaftesten 90°C nicht. Bei 160°C sollte insbesondere auch der AufSchlussvorgang in Schritt a) in weniger als 5 Minuten, bevorzugt weniger als 3 Minuten abgeschlossen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform überschreitet die in die Masse durch das Kneten eingebrachte Energie zur Erzeugung einer thermoplastisch verarbeitbaren homogenisierten Masse in Schritt a) bis c) 0,3 kWh/kg, bevorzugt 0,2 kWh/kg und noch bevorzugter 0,175 kWh/kg nicht. Die Überführung in den thermoplastisch verarbeitbaren Zustand bewirkt eine irreversible Quellung der Stärkekörner, was eine Vorraussetzung dafür ist, dass die Masse in den homogenen Zustand überführt werden kann bzw. auch nach dem Abkühlen homogenisiert vorliegt. Durch die Schritte a) bis c) wird weiterhin eine Masse erzeugt, in der auch im wesentlichen keine kristallinen Bereiche in der Stärke mehr vorhanden sind. Kristalline Bereiche führen im Materialstrang zu Stippenbildung, d.h. zu Inhomogenitäten, die sich besonders dann nachteilig auswirken, wenn der Materialstrang in Schritt c) ein extrudierter Film ist. Mit "im wesentlichen keine kristallinen Bereiche" soll gemeint sein, dass diese soweit zerstört sind, dass eine Beeinträchtigung der bezüglich der Umformung relevanten physikalischen Parameter des extrudierten Materials nicht auf das Vorhandensein kristalliner Bereiche zurückgeführt werden kann.
Unter dem Begriff "homogene Masse/Material" bzw. "homogenisierte Masse/Material" soll somit ein Material oder eine Masse verstanden werden, die an jeder Stelle im Material die im wesentlichen gleichen physikalische Eigenschaften (Parameter) aufweist. Zu geringfügigen Abweichungen kann es an den jeweiligen Materialoder Formteiloberflächen durch Aufnahme von Luftfeuchtigkeit kommen. Homogen bzw. homogenisiert liegt die Masse dann vor, wenn unter dem Mikroskop die Anzahl der noch sichtbaren Stärkekörner im Schnitt unter einem Prozent liegt. Dazu wird die Masse im thermoplastischen Zustand abgekühlt, in dünne Scheiben geschnitten und unter dem Lichtmikroskop analysiert.
Eine homogenisierte Masse/Material wird erhalten unter Überführen der Mischung in den erweichten oder sogar flüssigen Zustand, der in einen thermoplastisch verarbeitbaren Zustand resultiert. Der Grossteil der die Mischung ausmachenden Komponenten (Stärke, organischer Weichmacher, Gleit- und Formtrennmittel) kann dabei im geschmolzenen Zustand vorliegen und bei genügend langer Stand- und/oder Misch (Knet-)dauer wird die Masse an jeder Stelle der Schmelze die im wesentlichen gleichen Eigenschaf en oder chemische Zusammensetzung haben (homogene Masse) . Dieser homogene Zustand wird auch bei und nach Abkühlen des thermoplastischen Zustands beibehalten. Es treten keine Entmischungs orgänge ein. Dies sorgt für gleichmassige mechanische Eigenschaften des Formkorpers bei Raumtemperatur.
Der Staudinger- Index [η] oder auch Grenzviskosität steht innerhalb einer polymerhomologen Reihe mit der Molmasse, dem Ge- wichtsmittel der Molekulargewichtsverteilung, in folgendem Zusammenhang
[η] = K x M <'xl
wobei αjein von der Molekül-Gestalt abhängiger Exponent und der K-Wert eine von der gelösten Substanz und vom Lösungsmittel abhängige Konstante ist. Der Staudinger- Index ist innerhalb der polymerhomologen Reihe um so grösser, je grösser das Molekulargewicht des Polymeren bei ansonsten unveränderten Parametern ist. Eine Ermittlung der absoluten Molekulargewichte kann die Messung des Staudinger-Index nicht leisten.
Die Bestimmung von absoluten Molekularmassen bei Stärken ist be- kanntermassen überaus schwierig und das Ergebnis ist sehr stark abhängig von der verwendeten Messmethode. Dies gilt um so mehr, je verzweigter die Moleküle sind. Die Ergebnisse der absoluten Molekularmassenbestimmung ist deshalb auch für Amylopektin bzw. amylopektinhaltige Stärke mit einem hohen Unsicherheitsgrad versehen. Da die absolute Molekularmassenbestimmung darüber hinaus sehr teuer ist, liefert die Messung des Staudinger- Index schnellere, verlässlichere und dem Zweck angepasstere Werte. Ohne eine erschöpfende Erklärung zu liefern, wird vermutet, dass sich in erster Linie der Polymerisationsgrad der Amylopektine- moleküle in der eingesetzten Stärke für die Elastizität und damit für eine möglichst hohe Bruchdehnung des in Schritt d) erzeugten Materialstranges verantwortlich zeigt. Eine hohe Bruchdehnung ist insbesondere für einen bahnförmigen Film, der im Rotary-Die-Verfahren zu einer Weichkapsel geformt werden soll, von grösser Bedeutung.
Es besteht die Vorstellung, dass zusätzlich zur inhärenten Elastizität der Stärkegele, die bei genügendem Polymerisationsgrad der sie konstituierenden Amylopektinmoleküle sowieso gegeben ist, auch eine Art "Stärke-Netzwerk" entstehen kann, das durch Verschlingung und Verhakung der Amylopektinmoleküle aufgebaut wird, und durch Verzweigungen des Moleküls unterstützt wird. Aber auch Amylosemoleküle können bei genügend hohem Polymerisationsgrad, an diesem "Stärke-Netzwerk" partizipieren. Auch die chemische Substitution der Stärkehydroxlygruppen unter Ether-, Ester-, Vinyl- und Acetalbildung können vorteilhaft sein, da sie die Ausbildung von Stärkenetzwerken fördern.
Schritt d) und Schritt e) erfolgt unter Bedingungen, die einen weiteren Abbau der Amylose- und Amylopektinmoleküle vermeiden. Der in Schritt d) oder e) erhaltene Formkörper weist damit den im wesentlichen gleichen Polymerisationsgrad der Stärke auf, der die Schritte a) bis c) bewirkt haben.
Das Vorhandensein dieser Netzwerke und möglicherweise auch das Vorhandensein von analytisch nicht nachweisbaren und auch in Form von Stippenbildung nicht sichtbaren Nanokristallen (analog Weich-PVC) ist anscheinend für das Auftreten eines Gummiplateaus verantwortlich. Das Young'sche Elastizitätsmodul E amorpher, nicht vernetzter Polymere und insbesondere von linearen Polymeren, fällt normalerweise nach dem Durchlaufen des Bereichs der Glasübergangstemperatur mit steigender Temperatur nahezu linear bis auf 0°C ab. Die Polymere verhalten sich bei genügend hoher Temperatur wie eine Flüssigkeit. Das Charakteristikum eines Gummiplateaus ist demgegenüber, dass die mechanischen Eigenschaften wie das Young'sche Elastizitätsmodul E, die Bruchdehnung εB, die maximale Festigkeit σm, etc. über eine längere Temperaturspanne annähernd konstant und nahezu unabhängig von der Temperatur bleiben. Ein Gummiplateau ist normalerweise nur bei vernetzten (chemischen Vernetzung) Polymeren zu beobachten (vgl. Intru- duction to Polymers, Hrsg. R. J. Young, P. A. Lovell, Chapman und Hall, London, 2. Auflage 1991, Seite 344/345). Unerwarteterweise weisen die Massen der vorliegenden Erfindung trotz Ausbleiben einer dreidimensionalen chemischen Vernetzung ein Gummiplateau auf .
Vor diesem Hintergrund können auch die vorteilhaften Eigenschaften eines 1.4 und 1.6 Polyglukanε, das mit kurzen linearen Ketten von 1.4 Polyglukanen kokristallisiert sind, verstanden werden. Durch die Kokristalisierung entstehen zum einen weitere Verzweigungen, die sich auf das Ausbilden eines Netzwerkes positiv auswirken und zum anderen nicht sichtbare Nanokristalline- Bereiche. Bevorzugt werden als 1.4 und 1.6 Polyglukanen Amylo- pektine eingesetzt.
Die erfindungsgemässen und mit dem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren erhaltenen Massen zeigen im Temperaturbereich von etwa 20°C bis ca. 80°C mechanische Eigenschaften, wie z. B. eB, σm, E, die im Wesentlichen unabhängig von der Temperatur sind. Das Gummiplateau ist für das Umformen und Füllen der Filme in gefüllte Formkörper von ausschlaggebender Bedeutung. So weist das Young" sehe Elastizitätsmodul E des erfindungsgemässen Stärke enthaltenden Films im Augenblick des Umformens und Befüllens im Rotary-Die-Prozess maximal 2 MPa, bevorzugt maximal 1 MPa auf. Mit anderen Worten, der Film darf dem Fülldruck des Füllmaterials, der letztendlich die Ausformung der Kapselhülle im Rotary-Die-Prozess bewirkt, bei dem durch die Maschine gegebenen Auflagedruck des Fullkeils nicht einen solchen Widerstand entgegensetzen, dass das Füllmaterial zwischen Film und Füllkeil herausläuft. Es ist eben die Temperaturunabhängigke t von eB und σm zwischen 40°C und 90°C , die die Verarbeitbarkeit der aus diesen Massen hergestellten Filme zu Weichkapseln im Rotary-Die- Verfahren ermöglicht.
Der UmformungsVorgang des Materialstranges zu einem Formkörper, insbesondere die Umformung eines extrudierten Films in eine einteilige Weichkapsel mit den in der Technik bekannten Verfahren, erfordert Bruchdehnungen des Materialstranges, insbesondere des Films von mindestens 100% im Bereich von 40°C bis 90°C bevorzugt von 60°C bis 80°C. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bruchdehnung des Materialstranges, insbesondere Films, mindestens 160% und noch bevorzugter mindestens 240%.
Die Festigkeit σm des Materialstranges, insbesondere des daraus hergestellten Formkorpers muss bei 25°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit wenigstens 2 MPa betragen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist σm grösser oder gleich 3.5 MPa und noch bevorzugter grösser oder gleich 5 MPa. Dieser Wert gewährleistet bei Raumtemperatur eine genügende Stabilität der Kapselhülle (Verpackung, Lagerung, Transportsicherheit und Gebrauch) .
Das Befallen erfolgt jedoch bei erhöhter Temperaturen des Filmes, die einen Fülldruck von nicht mehr als 2 MPa notwendig macht. Dies ist mit einem Young'schen Elastizitätsmodul E von kleiner oder gleich 2 MPa bei Verkapselungstemperatur (40°C bis 90°C) bei der vorliegenden Masse gegeben. Dies wurde bei den Ausführungen zum Gummiplateau bereits erläutert.
Der Gesamtweichmachergehalt der in Schritt a) eingesetzten Mischung beträgt mindestens 12 Gew.% bezogen auf das Gewicht der wasserfreien Stärke. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gehalt des Weichmachers in einem Bereich von 30 Gew.% bis 60 Gew.% und noch bevorzugter in einem Bereich von 38 Gew.% bis 55 Gew . % .
Durch die erfindungsgemässe Prozessführung gelingt der weitgehende Ausschluss stark abgebauter Oligomere der Stärke. Dies erlaubt hohe Gesamtmengen an Weichmachern in die Masse einzuarbeiten. Die bei den Homogenisierungsmethoden des bisherigen Standes der Technik entstehenden Oligomere enfalten ebenfalls weichmachende Wirkung und die Einarbeitung grösser Mengen an Weichmacher wäre nicht möglich.
Bevorzugt werden solche Weichmacher eingesetzt, die einen Lös- lichkeitsparameter von gleich oder > 16,3 (MPa)~/2 aufweisen. Die organischen Weichmacher werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyalkoholen, organischen Säuren, Aminen, Säureamiden und Sulfoxiden. Bevorzugt sind Polyalkohole . Aber auch Wasser wirkt als Weichmacher und bildet damit einen Teil des Gesamtweichmachergehalts. Der Wassergehalt der in Schritt a) eingesetzten Mischung liegt in einem Bereich von 6 bis 30Gew.% bezogen auf die Gesamtmischung.
Der Wasseranteil der in Schritt a) eingesetzten Mischung kann im erfindungsgemässen Verfahren in Schritt b) oder c) gezielt ver- ändert werden. Die physikalischen Parameter, die vom Wassergehalt abhängen, können so Veränderungen unterworfen werden.
Der in Schritt a) eingesetzten Mischung kann je nach erforderlichen Eigenschaften des in d) und e) resultierenden Formkörpers noch mindestens ein Zuschlagstoff in einem Gewichtsbereich von 3,5 Gew.% bis 15 Gew.%, bevorzugt von 5 Gew.% bis 8 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung zugesetzt werden. Die Zuschlagstoffe werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Car- bonaten und Hydrogencarbonaten der Alkali- und Erdalkaliionen, weitere Zerfallshilfen, Füllstoffe, Farbstoffe, Antioxidantien, physikalisch und/oder chemisch modifizierte Biopolymere insbesondere Polysaccharide und pflanzliche Polypeptide.
Opazität der homogenisierten Masse wird z.B. bevorzugt mit dem Zusatz von Titaniumdioxid als Füllstoff erreicht.
Als Zerfallshilfe, für einen schnellen Zerfall der Kapselhülle werden bevorzugt Calciumcarbonat und Amylasen zugesetzt.
Die Gruppe der physikalisch und/oder chemisch modifizierten Biopolymere umfasst Cellulose, insbesondere teilhydroxypropylierte Cellulose, Alginate, Carrageenan, Galactomannane, Glucomannane, Casein.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die in Schritt a) eingesetzte Mischung zusätzlich ein internes Gleit- und Formtrennmittel, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lecithinen, Mono-, Di- oder Triglyceriden von Speisefettsäuren, Polyglycerinester der Speisefettsäuren, Polyethylenglycolester der Speisefettsäuren, Zuckerester der Speisefettsäuren und Speisefettsäuren. Das Gleit- und Formtrennmittel ist in der Mischung bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 4 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung enthalten. Vorzugsweise wird es der Mischung in 0,5 bis 2 Gew.% und noch bevorzugter in 0,8 bis 1,5 Gew.% zugesetzt. Vorteilhaft ist das Gleit- und Formtrennmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glycerinmonostearat und Lecithin.
Unter Speisefettsäuren werden die als Säurekomponenten der Triglyceriden natürlicher Fette vorkommenden Monocarbonsäuren verstanden. Sie weisen eine gerade Anzahl von C-Atomen auf und haben ein unverzweigtes Kohlenstoffgerüst . Die Kettenlänge der Fettsäuren variiert von 2 bis 26 C-Atomen. Eine grosse Gruppe der Fettsäuren sind gesättigte Fettsäuren.
Die Stärkemasse kann im thermoplastisch verarbeitbaren Zustand in Schritt c) mittels Breitschlitzdüse zu einem Stärkefilm bzw. Stärkeband extrudiert werden. Die Masse kann jedoch auch aus dem thermoplastisch verarbeitbaren Zustand ungeformt, abgekühlt, getrocknet und zu einem lagerfähigen (unter Feuchtigkeitsab- schluss) Granulat verarbeitet werden. Dieses Granulat steht für eine spätere Verarbeitung zur Verfügung. Optional können der zu Granulaten verarbeiteten Masse auch nur ein Anteil der notwendigen Gleit- bzw. Formtrennmittel, Weichmacher und Zuschlagstoffe zugefügt werden. Es kann z.B. auf die Zugabe der tierischen und/oder pflanzlichen Fette zur Vermeidung unerwünschter Farbeffekte in der ersten Verarbeitungseinrichtung verzichtet werden und diese erst beim Wiederaufschmelzen des Granulates in der zweiten Verarbeitungseinrichtung zumischen.
Die extrudierten Bänder werden nun entweder direkt weiterverarbeitet oder gegebenenfalls zur Lagerung unter Verwendung von Kunststofffolien als Zwischenschicht auf Rollen aufgewickelt. Als geeignetstes Folienmaterial hat sich dabei Polyethylen erwiesen.
Der mittels des erfindungsgemässen Verfahrens erhaltene Stärkefilm kann insbesondere für Herstellung von Weichkapseln auf allen in der Technik bekannten Anlagen zur Herstellung einteiliger Kapseln verarbeitet werden. Als besonders geeignet haben sich kontinuierliche Anlagen und insbesondere der Rotary-Die-Prozess erwiesen. Die Kapselwand wird dabei aus zwei vorab aus einem Stärkefilm herausgestanzten Formteilhälften unter Wärmewirkung bevorzugt grösser oder gleich 50°C verschweisst . Zwei "endlose Stärkefilme" werden durch zwei benachbarte, in gegenläufigem Sinn rotierenden Rollen oder Walzen mit Aussparungen geführt. Während der Stärkefilm durch den Fülldruck der Füllmasse in die Aussparung gepresst und somit die Kapselhälften geformt werden, wird die pump- und spritzbare Kapselfüllung mittels eines Ventils exakt dosiert und über einen Füllkeil in den Einzugszwinkel der Formwalzen eingebracht. Die Form und Grosse der Kapsel ist somit abhängig von den geometrischen Abmessungen der Aussparungen in den Walzen und dem eindosierten Füllvolumen.
Konsequenterweise soll unter dem Begriff Kapsel deshalb nicht nur die typischen Kapselformen verstanden werden, sondern auch jede andere mögliche Form von "Hüllen", wie z.E. Kugeln, Kissen und Figuren. Bis heute existieren zahlreiche Weiterentwicklungen und Abweichungen von diesem grundlegenden Prinzip.
Die mittels des erfindungsgemässen Stärkefilms hergestellten einteiligen Kapselhüllen können zusätzlich beschichtet werden, z.B. um die Freisetzung von Wirksubstanzen zu verzögern.
Die Coextrusion, Beschichtung und das Laminieren des erfindungsgemässen Stärkefilms mit Materialien, deren filmbildende Eigen- schaft auf synthetischen und/oder natürlichen Polymeren beruht, verschafft zusätzlich Möglichkeiten bestimmte Eigenschaften der Kapselhülle durch eine Mehrschichtfolie zu gestalten.
Insbesondere lässt sich durch den mehrschichtigen Aufbau eine Stärkefolie herstellen, die auf der Innenseite eine gut schweissbare Beschichtung aufweist, während die Aussenseite derart beschichtet wird, dass eine Retardwirkung des Zerfalls der Kapsel eintritt.
Teil der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine homogenisierte, Stärke enthaltende Masse, welche mindestens eine im wesentlichen amorphe Stärke enthält, die vorzugsweise in einem Gewichtsbereich von 45 bis 80 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse vorliegt, die Masse enthält weiterhin Wasser, mindestens einen organischen Weichmacher in einem Anteil von mindestens 12 Gew.% bezogen auf das Gewicht der wasserfreien Stärke, wobei der Staudinger-Index der Stärke in der homogenisierten Masse mindestens 40 ml/g beträgt.
Bevorzugt ist ein Staudinger- Index der Stärke von mindestens 50ml/g, noch bevorzugter mindestens 80 ml/g. Besonders bevorzugt ist ein Staudinger-Index der Stärke von grösser oder gleich 100 ml/g. Noch bessere Eigenschaften werden erhalten mit einem Staudinger-Index der Stärke von grösser oder gleich 130 ml/g . Der Staudinger Index der Stärke darf 1000 ml/g, bevorzugt 700 ml/g und noch bevorzugter 300 ml/g nicht überschreiten.
Vorteilhaft wird eine Stärke mit einem Amylopektingehalt von grösser oder gleich 50 Gew.% bezogen auf das Gewicht der wasserfreien Stärke eingesetzt. Der Gehalt an organischen Weichmachern liegt vorteilhaft im Bereich von 30 Gew.% bis 60 Gew.%, bevorzugt in einem Bereich von 38 Gew.% bis 55 Gew.% und noch bevorzugter in einem Bereich von 40 bis 50 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse.
Bezüglich der Ausführungsformen der Weichmacher, Stärke und Zuschlagsstoffe wird auf die entsprechenden Ausführungen zum Verfahren verwiesen.
In einer besonderen Ausführungsform enthält der Formkörper einen Wassergehalt von maximal 15 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse.
Wenn die Masse als Film ausgebildet ist und für die Herstellung von einteiligen Kapselhüllen im Rotary-Die-Prozess herangezogen werden soll, ist eine Bruchdehnung bei Verkapselungstemperatur von 40°C bis 90°C von mindestens 100% erforderlich, bevorzugt liegt die Bruchdehnung jedoch bei mindestens 160% und noch bevorzugter mindestens 240%.
Der Formkörper, insbesondere die aus dem Film gebildete Weichkapselhülle hat bei 25°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit eine Festigkeit von σm, bevorzugt mindestens 3 , 5MPa und noch bevorzugter mindestens 5 MPa.
Teil der Erfindung sind weiterhin Formkörper, welche aus der er- findungsgemässen Masse hergestellt werden.
Weiterhin Teil der Erfindung ist eine einteilige Kapselhülle, welche Stärke mit einem Staudinger- Index von mindestens 40 ml/g, bevorzugt von mindestens 50 ml/g und noch bevorzugter von mindestens 80ml/g enthält. Besonders vorteilhaft ist eine Kapsel mit einem Staudinger- Index der Stärke von 100 ml/g und noch besser einen Staudinger-Index von I30ml/g.
Die erfindungsgemässen Massen eignen sich gut für die Herstellung von Mehrkammer- bzw. Zweikammerkapseln wie sie z. B. in WO 00/28976 beschrieben sind. Da der Wassergehalt des Filmes bzw. der Filme gering eingestellt werden kann, treten in den fertigen getrockneten Kapseln, insbesondere in den die Kammern bildenden Trennwänden, nahezu keine Spannungen auf, was die Stabilität der Mehrkammerkapsel im Vergleich zu Mehrkammer- Weichgelatinekapseln wesentlich erhöht.
Beispielsweise lassen sich Zweikammerkapseln realisieren, deren eine Kammer mit Pulver oder Granulat gefüllt ist und deren andere Kammer eine Flüssigkeit enthält
Der Formkörper, insbesondere die Kapselhülle hat eine Dicke im Bereich zwischen 0,1 und 2 mm bevorzugt zwischen 0,2 und 0,6 mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der Formkörper, insbesondere die Weichkapselhülle aus einem mehrlagigen Film. Mindestens zwei der Filme haben eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung.
Abgesehen von der Herstellung einschichtiger Kapselhüllen kann die thermoplastisch verarbeitbare Stärkeschmelze auch zur Herstellung jeglicher anderer Art von Formkörper insbesondere Verpackungsmaterialien verwendet werden. Im thermoplastischen Zustand ist die Masse verarbeitbar, insbesondere extrudierbar .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vorrichtungsmässiger Hinsicht ist in den Figuren dargestellt und wird nachstehend genauer beschrieben. Es zeigen: Figur 1 die Bruchdehnung [ε_>] einer Stärke enthaltenden Masse in Abhängigkeit des Staudinger- Index [η] ,
Figur 2 eine stark schematisierte Darstellung einer Füll- und Formstation im Rotary-Die-Verfahren, und
Figur 3 die symbolische Darstellung eines Doppel-Schneckenex- truders mit den darin herrschenden Temperaturverhält- nissen,
Figur 4 zeigt das Young"sehe Elastizitätsmodul E [MPa] einer erfindungsgemässen Stärke enthaltenden, homogenisierten Masse in Abhängigkeit von der Temperatur (konditioniert 50% relative Luftfeuchtigkeit) .
Die Messung der Bruchdehnung und des Young"sehen Elastizitätsmoduls E erfolgt nach DIN-Norm 53455 bzw. DIN EN ISO 527-1 bis ISO 527-3. Die Bruchdehnungsmessung erfolgt nach dieser DIN Norm bei der entsprechenden Verkapselungstemperatur.
Die Messung des Staudinger- Index [η] erfolgt analog der DIN- Norm: DIN 51562-1 bis 51562-4. Allerdings musste nun der Weichmachergehalt der Proben und sein Einfluss auf die Durchlaufzeiten im Ubbelohde-Viskosimeter berücksichtigt werden. Hierzu wurde zuerst der Einfluss des Weichmachergehalts auf die Durchflusszeit t0 bestimmt, mittels der erhaltenen Eichgeraden konnten dann die Durchflusszeiten owβichg bei einem beliebigen Weichmachergehalt entsprechend
toweichg = to» ( 1 , 00002 + 0 , 00238.CWeiohg) berechnet werden, wobei Cwβichg die vorliegende Konzentration Weichmacher in mg/ml ist. Die für die abgebauten Stärken bestimmten Staudinger-Index sind zusammen mit den mechanischen Eigenschaften der zugehörigen Proben in der Tabelle 1 aufgeführt.
Die Herstellung der Proben, welche in Figur 1 den Zusammenhang zwischen Bruchdehnung und Staudinger- Index demonstrieren erfolgt folgendermassen:
Stärke 56,2 bis 56,9 Gew.%
Glycerin: 41,8 Gew.% bezogen auf den Gehalt der wasserfreien
Stärke Wasser: 1,3 - 2,0 Gew.% bezogen auf das Gesamtgew. der
Mischung
Die Mischungen wurden im Brabender-Kneter bei I60rpm und einer Knetzeit von jeweils 15 min bei variablen Knettemperaturen von 110°C, 160°C, 200°C, 220°C und 235°C homogenisiert.
Figur 1 zeigt die Abhängigkeit der Bruchdehnung der Stärke enthaltenden Masse vom Staudinger-Index der Stärke. Aus Figur l und dazugehöriger Tabelle 1 ist ersichtlich, dass mit zunehmender Temperatur im Brabender-Kneter der Staudinger- Index der Stärke abnimmt, d.h. bei ansonsten unveränderter Zusammensetzung und unveränderten Prozessparametern (einzige Variable ist die Temperatur) nimmt der Abbaugrad der Stärke zu. 97% Bruchdehnung wird bei einem Staudinger- Index von 82,8 ml/g erreicht. Danach läuft die Bruchdehnung mit zunehmendem Wert des Staudinger-Index asymptotisch einem Grenzwert von ca. 105% zu.
Der Anfangswert des Staudinger- Index, d.h. der Wert ab dem ein merklicher Anstieg der Bruchdehnung beobachtet wird, ist unab- hängig vom Weichmacheranteil und einzig abhängig vom Molekulargewichtsmittel der Stärkemoleküle bzw. den entsprechenden Staudinger-Index. Bei geringerem Anteil des Weichmacheranteils verläuft die Kurve insgesamt flacher, d.h. zu tieferen Bruchdehnungen verschoben.
Auch wenn der Staudinger-Index der Gesamtmasεe gemeεεen wird, iεt der Wert deε Index im weεentlichen nur abhängig vom Polymerisationsgrad der Stärke. Der Wert des Staudingεr- Index ist im wesentlichen unabhängig von den übrigen Komponenten der Masse (bzw. ihr geringer Einflusε kann rechnerisch berücksichtigt werden) .
Die maximale Festigkeit σm wurde analog DIN-Norm 53455 bzw. DIN EN ISO 527-1 biε ISO 527-3 beεtimmt. Auch σm zeigt eine Abhängigkeit vom Staudinger- Index, d.h. Abbaugrad der Stärke. Je geringer der Staudinger- Index bei ansonsten unveränderten Bedingungen, desto geriner σm.
Die insgesamt mit 1 bezeichnete Füll- und Formεtation in Figur 2 weist für die Verkapselung auf an εich bekannte Weiεe ein Formwalzenpaar 6, 6λ auf, wobei in den Oberflächen der Formwalzen, die zur Formung der Kapεeln erforderlichen Ausnehmungen angeordnet sind. Im Einzugszwickel des Formwalzenpaarε iεt ein Füllkeil 5 angeordnet, durch den mittelε einer Förderpumpe 4 daε Füllgut eingebracht werden kann. Beim vorliegenden Ausführungsbeiεpiel beεteht die Kapselhülle aus zwei Schichten mit verschiedenen Materialeigenschaften, welche durch die beiden Stärkefilme 7a, 7a x einerseits und 7b, 7b' andererεeitε gebildet werden. Dieεe beiden Stärkefilme werden in den Schneckenextrudern 2a, 2a4 und 2b, 2b x aufbereitet und über Umlenkwalzen 3 unmittelbar und mit gleicher Fördergeschwindigkeit dem Einzugszwickel des Formwal- zenpaars 6, 6 zugeführt. Die Schneckenextruder sind dabei unmittelbar neben der Füll- und Formstation und gegebenenfalls auf dem gleichen Maεchinengeεtell angeordnet.
Die Stärkefilme werden zwiεchen dem Formwalzenpaar zu einer einteiligen Weichkapεel geformt und verschweisst, wobei sie das Füllgut einschlieεεen. Die einzelnen Kapseln 9 werden aufgefangen und allenfalls einem Trocknungsprozess zugeführt, während das verbleibende Filmskelett 8 evtl. durch Recycling wieder zu neuen Kapseln verarbeitet werden kann.
Die unmittelbare Anordnung des Extruders neben der Form- und Füllstation und die „inline" Zuführung deε extrudierenden Films in die Form- und Füllstation (ohne Zwischenlagerung) ist natürlich jederzeit möglich, also auch beim Herεtellen einεchichtiger Kapεelhüllen (gängigeε Rotary-Die-Verfahren)
Figur 3 zeigt stark vereinfacht einen Doppelschneckenextruder 10, der im vorliegenden Fall aus zwölf einzelnen Gehäuεeblöcken 1 - 12 zusammengesetzt ist. Die Gehäuseblöcke sind von links nach rechts durchgehend numeriert. Jeder Gehäuεeblock läεεt sich mit einem separaten Regelkreis elektrisch heizen und/oder mit ventilgesteuerten Zuflüssen mit Kaltwasser kühlen. Ausεerdem können einzelne Blöcke mit Anschlussεtutzen versehen sein, wie nachstehend noch erläutert wird. Im vorliegenden Fall handelt es εich um einen gleichdrehenden, engkämmenden Doppelεchneckenex- truder, wobei der Durchmesser einer Schnecke 44 mm beträgt. Die Länge der gesamten Schneckenwelle beträgt 2 '112 mm, was einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 48 entspricht. Am Ende des Extruders wird daε Material über eine Düse 14 ausgetragen. Diese Düεe kann beispielsweise zwölf Lochbohrungen von 2 mm Durchmesser aufweisen. Es wäre dabei denkbar, für die Granulatherstellung die einzelnen Materialstränge heisε abzuschlagen und dann einem Fluidbetttrockner zuzuführen. An der Düεe 14 könnte aber auch unmittelbar ein fertiger Materialfilm abgezogen werden.
An den Schnecken 12 εind an geeigneten Stellen Knetεcheiben 13 von unterεchiedlicher Konfiguration angeordnet, um eine möglichst homogene Knetung der Materialmischung zu erreichen. Der Block 1 ist wassergekühlt und mit einem Pulvereinzug 15 versehen. Der Block 2 ist geschlossen während am Block 3 eine Einspritzdüse 16 für eine Flüsεigdosierung in den Knetraum angeordnet ist. Im Übergangsbereich der Blöcke 2 und 3 sind feine neutrale Knetscheiben 13 angeordnet. Die Blöcke 4 bis 6 sind wiederum geschlossen, wobei an Block 5 breite, neutrale und rückfördernde Knetεcheiben vorgeεehen εind. Block 7 verfügt über eine Anεchlussleitung 17, die mit einer Unterdruckquelle verbunden iεt. An Block 8 ist wiederum ein Pulvereinzug 18 angeordnet und die Schnecke mit feinen, neutralen und oder fördernden Knetεcheiben verεehen. Block 9 verfügt ebenfallε über eine Einspritzdüse 19, während Block 10 geschloεεen iεt. Die Schnecke im Block 10 verfügt dagegen über breite, neutrale und rückfördernde Knetεcheiben. Block 11 hat eine weitere Abzugleitung 20, die mit einer Unterdruckquelle oder mit der Atmoεphäre verbunden εein kann. Block 12 iεt geεchloεεen, die Schnecke dort verfügt jedoch über mittlere, fördernde Knetscheiben.
Unterhalb der schematiεchen Förderschnecke iεt eine Temperaturkurve aufgezeichnet. Die einstellbare Temperaturgenauigkeit beträgt +/- 3°C. Bei den angegebenen Temperaturen handelt es sich um die Blocktemperatur, die nicht zwingend mit der Temperatur in der Schmelze identiεch εein muεε. Die Temperatur in der Schmelze wird erεichtlicherweiεe noch durch andere Parameter beeinflusst, insbesondere durch die Drehzahl der Schnecke. Bei der Extrusion iεt es deshalb erforderlich, diesen Gegebenheiten Rechnung zu tragen und die verstellbaren Gröεεen derart aufeinander abzustimmen, dass optimale Materialeigenschaften erzielt werden.
Bei dem anhand dieser Figur beεchriebenen Auεführungεbeispiel wird eine Drehzahl von 340 Umdrehungen pro Minute (rpm) gefahren. Der gesamte Durchsatz beträgt ca. 34,3 kg/h und die Energieaufnahme beträgt ca. 0,175 kWh/kg. An dem auf 20°C gehaltenen Block 1 wird 20 kg/h (ca. 60%) Stärkepulver zudoεiert. Das Pulver wird mit Schubkanten eingezogen und den auf 100°C geheizten Blöcken 2 und 3 zugeführt. Bei Block 3 erfolgt eine Zudosierung von 11 kg/h (ca. 30%) Glycerin mit einem Arbeitεdruck von minde- εtenε 10 bar über eine gravimetriεche Kolbenpumpe. In den ge- schlossenen Blöcken 4 bis 6 ist die Temperatur bis auf 140°C erhöht. Bei Block 7 ist ein Unterdruck von 800 mbar angelegt, wobei ca. 6% Wasser abgehen. Die Temperatur iεt jetzt wieder auf 110°C zurückgenommen. Bei Block 8 erfolgt eine Zufuhr von 1,4 kg/h (ca. 10%) Kalziumcarbonat . Gegebenenfallε kann an Block 9 1,9 kg/h (ca. 5 biε 8%) Glycerin zudosiert werden. Der Arbeitsdruck beträgt ebenfalls mindestenε 10 bar. Falls dieser An- εchluss nicht benötigt wird, iεt er mit einem Blindstopfen verschlossen. Bei Block 11 ist wiederum ein Unterdruck angelegt, wobei ca. 2 bis 4% Wasεer abgehen. Gegebenenfallε genügt aber auch eine nur atmoεphäriεche Belüftung.
Die Temperatur der Schmelze darf an keiner Stelle deε Extruderε 160°C überschreiten, weil εonεt ein thermischer Abbau der Stärke einsetzt. Weiter gilt, dasε die thermiεche Veränderung der Stärke um εo geringer auεfällt, je kürzer die Schmelze einer hohen Temperatur auεgesetzt wird. Zwischen Temperatursteuerung und Materialdurchsatz muss daher ein optimales Verhältnis hergestellt werden. In Figur 4 ist die Temperaturabhängigkeit des Young"sehen Elastizitätsmoduls E illustriert. Die Zusammensetzung der Prüflinge entspricht Beispiel 2 (durchgezogene Linie) . Im Vergleich dazu ist das theoretische Temperaturverhalten eines Thermoplasten ähnlicher Glasübergangstemperatur dargestellt. Während das E- Modul des „normalen" Thermoplasten (gestrichelte Linie) rasch linear auf Null abfällt, ist bei den Prüflingen daε E-Modul in einem Bereich von 40°C biε ca. 70°C nahezu unabhängig von der Temperatur. Dieεes Verhalten ist unter anderem auch verantwortlich für die vorteilhaf en Eigenεchaften der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachεtehenden Beiεpie- le weiter erläutert:
Beispiel 1
Über einen zweiwelligen Extruder (Typ ZSK 30, Werner & Pfleiderer) werden die folgenden Komponenten kontinuierlich doεiert und in den thermoplastisch verarbeitbaren Zustand überführt.
Stärke: 7,7 kg/h
Lecithin: 0,147 kg/h
Glycerin-Monostearat : 0,147 kg/h
Glycerin (99,5 Reinheit) 4,47 kg/h
Calciumcarbonat, gefällt 1.0 kg/h
Wobei bei einer Schneckendrehzahl von 180 rpm unter folgenden Bedingungen extrudiert wird (εiehe Figur 2) :
Block 1: 25°C
Block 2 und 3 : 100 °C
Block 4 biε 6: 140°C Block 7 bis 9: 110°C
Block 10 bis 12: 110°C
Düse: 110°C
Bezogen auf die wasserfreie Stärke entspricht dies einem Glyce- ringehalt von 38,77%. Bezogen auf das wasεerfreie Endprodukt resultieren folgende Anteile:
Lecithin: 1,11%
Glycerin-Monostearat : 1,11%
Stärke (waεεerfrei) : 55,15%
CaC03: 7,76%
Glycerin 34,87%
Spezifiεche Energieaufnahme bei der Extrusion: 0,275 kWh/kg
Der extrudierte Film eignet sich zur Herstellung von Formkörpern jeglicher Art und ist besonders vorteilhaft für die Herstellung einteiliger Kapselhüllen im Rotary-Die-Prozeεε .
Die Stärke in der nach dieεem Beispiel erhaltenen Masεe hat einen Staudinger- Index von 107.2 ml/g ± 5% und der extrudierte Film hat eine Bruchdehnung bei Verkapselungεtemperatur von 102% ± 10%.
Beispiel 2
Über einen zweiwelligen Extruder (Typ ZSK 30, Werner & Pfleiderer) werden die folgenden Komponenten kontinuierlich doεiert und in den thermoplastisch verarbeitbaren Zuεtand überführt.
Stärke: 7,7 kg/h
Lecithin: 0,147 kg/h
Glycerin-Monoεtearat : 0,147 kg/h Glycerin (99,5% Reinheit): 4,67 kg/h
Wobei bei einer Schneckendrehzahl von 260 rpm unter denεelben Bedingungen wie in Beiεpiel 1 extrudiert wird.
Im Block 4 kann alternativ ein Vakuum angelegt werden, um über- schüssiges Wasser (aus dem Stärkepulver) abzuziehen (z.B. 800 mbar) .
Bezogen auf die wasεerfreie Stärke entεpricht cieε einem Glyce- ringehalt von 39,81%. Bezogen auf daε waεεerfreie Endprodukt re- εultieren folgende Anteile:
Lecithin: 1,18%
Glycerin-Monostearat : 1,18% Stärke (wasεerfrei) : 58,81%
Der extrudierte Film eignet εich zur Herεtellur.g von Formkörpern jeglicher Art und iεt beεonderε vorteilhaft für die Herεtellung einteiliger Kapselhüllen im Rotary-Die-Prozesε .
Die Stärke in der nach dieεem Beispiel erhaltenen Masεe hat einen Staudinger- Index von 115.6 ml/g ± 5% und der extrudierte Film hat eine Bruchdehnung bei Verkapselungstemperatur von 107% ± 10%.
Beispiel 3 ;
Über einen Zweiwellenextruder (Typ ZSK 235, Krupp, Werner & Pfleiderer) werden folgende Komponenten kontinuierlich dosiert und in den thermoplastisch verarbeitbaren Zustand überführt:
Alle Angaben in Gewichts-%: Stärke: 57.88%
Lecithin: 1.06%
Glycerin Monoεtearat: 1.06%
Glycerin (Reinheit 98%): 3.64% Sorbitolsirup (enthalten 30% Wasser) 36.36%
wobei unter folgenden Einstellungen produziert wurde:
Schneckendrehzahl deε Zweiwellenextruders = 150 Umin In den Blöcken 7 und 10 wurde über eine Vakuumpumpe ein Druck von 400 mbar angelegt, um überεchüεεigeε Waεεer (daε v.a. über den Feuchtegehalt der Stärke und deε Sorbitolεirups in den Pro- zeεε eingebracht wird) abzuziehen.
Blocktemperaturen :
Block 1: 20°C
Block 2 & 3 : 110 °C
Block 4 & 5 : 140°C
Block 6 & 7 : 120°C
Block 8 & 9 : 110°CB
Block 10-12 100°C
Düεe: 95°C
Die εpezifiεche Energieaufnahme bei der Extruεion betrug 0.195 kWh/kg .
Bezogen auf daε wasserfreie Endprodukt ergibt das folgende Zu- εammenεetzung (alle Angaben in Gewichtεprozent) :
Stärke (wasserfrei): 61.25%
Lecithin: 1.31%
Glycerin Monostearat: 1.32%
Glycerin: 4.44% 32
Sorbitol: 31.69%
Der extrudierte Film eignet sich zur Herstellung von Formkörpern jeglicher Art und ist besonders vorteilhaft für die Herstellung einteiliger Kapselhüllen im Rotary-Die-Prozesε .
Die Stärke in der nach dieεem Beiεpiel erhaltenen Maεse hat einen Staudinger- Index von 92.5 ml/g ± 5% und der extrudierte Film hat eine Bruchdehnung bei Verkapselungεtemperatur von 188% ± 10%.
Beispiel 4 :
Extrusionεbedingungen wie in Beiεpiel 3 und folgenden Doεie- rungen :
Über einen Zweiwellenextruder (Typ ZSK 25, Krupp, Werner & Pfleiderer) werden folgende Komponenten kontinuierlich doεiert und in den thermoplastisch verarbeitbaren Zustand überführt :
Alle Angaben in Gewichts-%:
Stärke: 58.92%
Glycerin Monostearat: 1.08%
Glycerin (Reinheit 98%): 3.64%
Sorbitolsirup (enthaltend 30% Waεεer): 36.36%
Die εpezifiεche Energieaufnahme bei der Extruεion betrug 0.265 kWh/kg.
Bezogen auf daε wasserfreie Endprodukt ergibt das folgende Zu- εammenεetzung (alle Angaben in Gewichtsprozenten) : Stärke (wasserfrei) : 62.46% Glycerin Monostearat; 1.35% Glycerin: 4.44% Sorbitol : 31.75%
Der extrudierte Film eignet εich zur Herstellung von Formkörpern jeglicher Art und ist besonders vorteilhaft für die Herεtellung einteiliger Kapεelhüllen im Rotary-Die-Prozess.
Die Stärke in der nach diesem Beispiel erhaltenen Masεe hat einen Staudinger- Index von 128.3 ml/g ± 5% und der extrudierte Film hat eine Bruchdehnung bei Verkapεelungεtemperatur von 156% ± 10%.
Beispiel 5:
Extrusionsbedingungen wie in Beiεpiel 3 und folgenden Doεie- rungen :
Über einen Zweiwellenextruder (Typ ZSK 25 ,m Krupp, Werner & Pfleiderer) werden folgende Komponenten kontinuierlich doεiert und in den thermoplaεtiεch verarbeitbaren Zuεtand überführt:
Alle Angaben in Gewichtε-%:
Stärke: 62.95%
Glycerin Monoεtearat: 1.15%
Glycerin (Reinheit 98%): 8.28%
Sorbitol (30% Waεεergehalt) 27.61%
Die εpezifische Energieaufnahme bei der Extrusion betrug 0.295 kWh/kg . Bezogen auf das wasserfreie Endprodukt ergibt das folgende Zusammensetzung (alle Angaben in Gewichtsprozenten) :
Stärke (wasserfrei): 65.17%
Glycerin Monostearat: 1.40%
Glycerin: 9.89%
Sorbitol: 23.54%
Der extrudierte Film eignet sich zur Herstellung von Formkörpern jeglicher Art und ist besonderε vorteilhaft für die Herεtellung einteiliger Kapεelhüllen im Rotary-Die-Prozeεε .
Die Stärke in der nach dieεem Beispiel erhaltenen Masse hat einen Staudinger- Index von 79.3 ml/g ± 5% und der extrudierte Film hat eine Bruchdehnung bei Verkapselungεtemperatur von 203% ± 10%.
Beispiel 6 :
Extruεionεbedingungen wie in Beiεpiel 3 und folgenden Doεie- rungen:
Über einen Zweiwellenextruder (Typ ZSK 25, Krupp, Werner & Pfleiderer) werden folgende Komponenten kontinuierlich dosiert und in den thermoplastisch verarbeitbaren Zustand überführt:
Alle Angaben in Gewichts-%:
Stärke: 55.80%
Glycerin Monoεtearat: 1.02%
Glycerin (Reinheit 98%): 3.93%
Sorbitolsirup (enthaltend 30% Wasser): 19.63%
Maltitolsirup (enthaltend 25% Wasser): 19.63% Die spezifische Energieaufnahme bei der Extrusion betrug 0.225 kWh/kg.
Bezogen auf das wasserfreie Endprodukt ergibt das folgende Zu- εammenεetzung (alle Angaben in Gewichtsprozenten) :
Stärke (wasserfrei): 58.73%
Glycerin Monostearat : 1.26%
Glycerin: 4.76%
Sorbitol: 17.01%
Maltitol: 18.23%
Der extrudierte Film eignet εich zur Herεtellung von Formkörpern jeglicher Art und ist besonders vorteilhaft für die Herεtellung einteiliger Kapεelhüllen im Rotary-Die-Prozeεε .
Die Stärke in der nach dieεem Beiεpiel erhaltenen Maεεe hat einen Staudinger- Index von 74.8 ml/g + 5% und der extrudierte Film hat eine Bruchdehnung bei Verkapεelungεtemperatur von 184% ± 10%.
Beispiel 7 :
Extruεionεbedingungen wie in Beiεpiel 3 und folgenden Doεie- rungen :
Über einen Zweiwellenextruder (Typ ZSK 25, Krupp, Werner & Pfleiderer) werden folgende Komponenten kontinuierlich doεiert und in den thermoplastisch verarbeitbaren Zustand überführt: Alle Angaben in Gewichts-%:
Stärke: 59.88%
Glycerin Monoεtearat: 1.10% Glycerin (Reinheit 98%) 3.55% Sorbitolεirup (mit hohem
Anteil von hydrierten Oligosaccheriden) 17.74% Sorbitol (enthaltend 30% Wasser) 17.74%
Die spezifische Energieaufnahme bei der Extrusion betrug 0.185 kWh/kg .
Bezogen auf daε waεεerfreie Endprodukt ergibt daε folgende Zu- sammensetzung (alle Angaben in Gewichtsprozenten) :
Stärke (waεεerfrei) : 63.38%
Glycerin Monoεtearat: 1.37%
Glycerin: 4.33%
Sorbitol: 15.46%
Sorbitol mit hohem Anteil von hydrierten Oligosacchariden
15.46%.
Der extrudierte Film eignet sich zur Herstellung von Formkörpern jeglicher Art und ist besonders vorteilhaft für die Herstellung einteiliger Kapεelhüllen im Rotary-Die-Prozess.
Die Stärke in der nach diesem Beiεpiel erhaltenen Maεεe hat einen Staudinger- Index von 88.1 ml/g ± 5% und der extrudierte Film hat eine Bruchdehnung bei Verkapεelungεtemperatur von 240% ± 10%. Tab. 1: Die mechanischen Eigenschaften der Stärkefilme mit 41,8% Glycerin in Abhängigkeit des Staudinger-Index [η]

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Stärke enthaltenden Formkör- perε, inεbeεondere einer Weichkapεel mit einteiliger Kapεel- hülle, gekennzeichnet durch folgende Schritte
a) Überführung einer Mischung enthaltend mindeεtenε eine Stärke vorzugsweise in einem Gewichtsbereich von 45 bis 80 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, Wasser, und mindeεtenε einen organischen Weichmacher unter Erhitzen und Kneten in eine thermoplastiεch verarbeitbare, vorzugεweise homogenisierte, Masεe in einer er ten Verarbeitungεeinrichtung; b) gegebenenfallε Herstellen eineε lagerfähigen Zwiεchen- produkteε, insbesondere eines Granulates, nach Abkühlen der in Schritt a) erhaltenen Masεe und nachfolgendes Erhitzen des Zwischenproduktes in eine thermoplastisch verarbeitbare Masεe in einer zweiten Verarbeitungεeinrichtung; c) Herεtellen wenigεtens eines Materialsstranges, insbe- εondere eineε extrudierten Filmε, am Auεgang der ersten oder gegebenfallε zweiten Verarbeitungεeinrichtung, d) Umformen deε Materialεtrangeε zu einem Formkörper in einem kontinuierlichen oder intermittierenden Formverfahren; e) gegebenenfalls Trocknen des Formkörper,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) derart durchgeführt werden, dasε in Schritt d) der Staudinger- Index der Stärke in der den Materialstrang bildenden Masse einen Wert von nicht weniger als 40 ml/g, bevorzugt mindestens 50 ml/g und noch bevorzugter indestenε 80 ml/g aufweiεt.
2. Verfahren gemäεε Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daεε die im Schritt a) eingeεetzten Miεchung zuεätzlich ein internes Gleit- oder Formtrennmittel enthält, welches ausge- wählt iεt auε der Gruppe beεtehend aus Lecithinen, Mono-, Di- oder Triglyceriden der Speisefettsäuren, insbesondere Glycermmonostearat, Polyglycerinester der Speisefettεäuren, Polyethylenester der Speisefettsäuren, Zuckerester der Spei- εefettεäuren und Speisefettsäuren, Pyrrolidonen.
3. Verfahren gemäsε einem der Anεprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daεs der Gehalt an organischem Weichmacher mindestens 12 Gew.% bezogen auf das Gewicht der wasserfreien Stärke iεt, bevorzugt in einem Bereich von 30 Gew.% bis 60 Gew.% und noch bevorzugter in einem Bereich von 38 Gew.% bis 55 Gew.% liegt.
4. Verfahren gemäsε einem der Anεprüche 1 biε 3, dadurch gekennzeichnet, daεs die Temperatur der Maεse in den Schritten a) bis c) 160°C, bevorzugt 120°C und noch bevorzugter 90°C nicht übersteigt.
5. Verfahren nach einem der Anεprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Masεe durch Kneten eingebrachte Energie in den Schritten a) biε c) 0,3 kWh/kg, bevorzugt 0,2 kWh/kg und noch bevorzugter 0,175 kWh/kg nicht überεteigt .
6. Verfahren nach einem der Anεprüche 1 biε 5, dadurch gekennzeichnet, daεε mindeεtens das Aufschmelzen in der ersten Verarbeitungseinrichtung in einem gleichdrehenden Doppel- Schnecken-Extruder erfolgt und dass einzelne Abschnitte des Extruders bezogen auf die Längεrichtung der Schnecken auf unterschiedliche Temperaturen geheizt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) der Materialstrang als flach geführter Film extrudiert wird, welcher mit Zwischenlagen von antihaftendem Material, vorzugsweise als Rollen gelagert und zu einem späteren Zeitpunkt zu Formteilen, inεbeεondere Kapεelhüllen, geformt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen in Schritt d) zwei homogene Materialfilme umfasst, welche in einem üblichen Verkapεe- lungsprozess, insbeεondere im Rotary-Die-Verfahren, zu Weichkapεeln mit einer einteiligen Kapselhülle geformt werden, wobei das Zusammenfügen von Kapselhüllteilen und das Füllen der Kapselhülle in einem Arbeitsεchritt erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Anεprüche 1 biε 8, dadurch gekennzeichnet, daεε in Schritt c) ein Film schlauchförmig extrudiert wird, der Schlauch zuerst geschlitzt und als flach geführtes Band in Schritt d) weiterverarbeitet wird.
10. Formkörper, insbeεondere einteilige Weichkapεelhülle, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 biε 9.
11. Homogenisierte, Stärke enthaltende Masεe, enthaltend vorzugsweise mindestens 45 Gew% einer amorphen Stärke mit einem Amylopektingehalt von vorzugsweiεe gröεεer oder gleich 50 Gew.% bezogen auf daε Gewicht der waεεerfreien Stärke, Wasser, mindestens einen organischen Weichmacher in einem Anteil von mindestens 12 Gew.% bezogen auf das Gewicht der wasεerfreien Stärke, dadurch gekennzeichnet, daεε der Wert deε Staudinger- Index [η] der Stärke in der homogenisierten Masse mindestens 40 ml/g, bevorzugt mindestens 50 ml/g und noch bevorzugter mindestens 80 ml/g beträgt.
12. Masεe gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Masεe zusätzlich mindestenε ein Gleit und Entformmittel enthält, welches ausgewählt ist aus der Gruppe beεtehend auε Lecithinen, Mono-, Di- und Triglyceriden von Speiεefettεäuren, inεbeεondere Glycerinmonoεtearat , Polyglycerineεtern der Speiεefettεäuren, Polyethyleneεtern der Speiεefettεäuren, Zuckereεtern der Speisefettsäuren und Speisefettsäuren.
13. Masse nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Weichmacher ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Polyalkoholen, inεbeεondere Glycerin, organischen Säuren, Hydroxysäuren, Aminen, Säureamiden
Sulfoxiden und Pyrrolidonen.
14. Masse gemäss einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dasε die Masse zusätzlich mindeεtenε einen Zuschlagstoff in einem Gewichtsbereich von 3,5 Gew.% bis 15 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse enthält, bevorzugt von 5 Gew.% bis 8 Gew.%, wobei der Zuschlagεtoff auεgewählt iεt aus der Gruppe beεtehend aus Carbonaten und/oder Hydrogencarbonaten der Alkali- und/oder Erdalkali- ionen, bevorzugt Kalziumcarbonat , Amylaεen, weiteren Zerfallshilfen, Farbstoffen, Konservierungsmitteln, Antioxidan- tien, physikaliεch und/oder chemisch modifizierten Biopolymeren und pflanzlichen Polypeptiden.
15. Masse gemäsε einem der Anεprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dasε der Gehalt an organiεchem Weichmacher mindestens 12 Gew.% bezogen auf das Gewicht der wasεerfreien Stärke ist, bevorzugt in einem Bereich von 30 Gew.% bis 60 Gew.% und noch bevorzugter in einem Bereich von 38 Gew.% bis 55 Gew.% liegt.
16. Formkörper, insbeεondere einteilige Weichkapselhülle, bestehend aus einer Masse gemäsε einem der Ansprüche 11 biε 15.
17. Formkörper, insbesondere Weichkapselhülle, gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper bei Temperaturen zwischen 40°C und 90°C eine Bruchdehnung von mindestens 100%, bevorzugt von mindestenε 160% und noch bevorzugter von mindeεtenε 240% aufweiεt.
18. Formkörper nach einem der Anεprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dasε der Formkörper bei 25°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit eine Festigkeit σm von mindestens 3,5MPa bevorzugter von 5 MPa aufweist.
19. Formkörper nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper eine Weichkapsel ist und dass die Kapselhülle eine Dicke im Bereich zwischen 0,1 und 2 mm bevorzugt zwischen 0,2 und 0,6 mm aufweist.
20. Formkörper gemäεs einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dasε der Formkörper einen mehrlagigen Film enthält und daεε mindeεtenε zwei der Filme eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen.
21. Formkörper gemäss einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daεε der Formkörper eine Mehrkammerkapsel mit einteiliger Kapselhülle ist, wobei die Mehrkammerkapsel mindestens eine Trennwand aufweist, um mindestens zwei abgeschlossene Kompartimente in der Kapsel geεchaffen werden.
22. Vorrichtung zum Herstellen einer Weichkapsel aus einer Masse nach einem der Ansprüche 11 bis 14 in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, beεtehend auε einer einteiligen Kapεelhülle und einem Kapεelinhalt , wobei die Kapεel- hülle in einem Formverfahren auε mindeεtenε zwei bahnförmi- gen Filmen an einer Füll- und Formεtation geformt und mit einem Kapselinhalt versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei bahnförmige Filme in je einem neben der Füll- und Formstation angeordneten Extruder herstellbar sind, wobei die bahnförmigen Filme unmittelbar in die Füll- und Formstation zur Herstellung der Weichkapsel einführbar εind.
23. Stärkekapsel bestehend aus einer enteiligen Kapselhülle und einem Kapselinhalt, dadurch gekennzeichnet, daεε die in der Kapεelhülle enthaltene Stärke einen Staudinger-Index von nicht weniger alε 40ml/g aufweiεt, bevorzugt von mindeεtens 50 ml/g und noch bevorzugter von 80 ml/g.
24. Verwendung eines Stärke enthaltenen Films mit einem
Young"sehen Elaεtizitätεmodul E von kleiner oder gleich 2MPa und einer Bruchdehnung von wenigεtens 100% in einem Temperaturbereich von 40°C biε 90°C zur Herstellung von Weichkapseln im Rotary-Die Prozesε.
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