EP1608686A1 - Viscoelastic material - Google Patents

Viscoelastic material

Info

Publication number
EP1608686A1
EP1608686A1 EP04723487A EP04723487A EP1608686A1 EP 1608686 A1 EP1608686 A1 EP 1608686A1 EP 04723487 A EP04723487 A EP 04723487A EP 04723487 A EP04723487 A EP 04723487A EP 1608686 A1 EP1608686 A1 EP 1608686A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
starch
range
tough
elastic material
around
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Withdrawn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
EP04723487A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rolf Müller
Federico Innerebner
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.)
Innogel AG
Original Assignee
Innogel AG
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 Innogel AG filed Critical Innogel AG
Publication of EP1608686A1 publication Critical patent/EP1608686A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L3/00Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
    • C08L3/04Starch derivatives, e.g. crosslinked derivatives
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/4816Wall or shell material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B31/00Preparation of derivatives of starch
    • C08B31/003Crosslinking of starch
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B31/00Preparation of derivatives of starch
    • C08B31/003Crosslinking of starch
    • C08B31/006Crosslinking of derivatives of starch

Definitions

  • the invention relates to a tough elastic material based on starch, which on the one hand has a high impact strength at low atmospheric humidities, on the other hand still has a high modulus of elasticity at high atmospheric humidities and has a high elasticity in a wide range of atmospheric humidities
  • TPS plasticized thermoplastic starch
  • Polyols are typically used as plasticizers.
  • the strength of TPS is almost entirely in amorphous form.
  • the properties of amorphous polymers are largely determined by the glass transition temperature Tg. Below Tg the condition is glassy, hard and brittle, above Tg it is soft. The difference between these two states is particularly pronounced in TPS. Since starch macromolecules are relatively rigid and rigid, high levels of plasticizer are required. Below Tg, TPS is extremely brittle and in particular very sensitive to high stress rates, above Tg TPS takes on the character of a sticky, highly viscous liquid with increasing temperature.
  • TPS absorbs water from the atmosphere and the sensitivity of TRS to the air humidity RF is another problem that stands in the way of the use of TPS in practice.
  • the relationship between RF and water content of a material is described by its sorption curve.
  • Soft and hard capsules are a proven dosage form for pharmaceuticals and nutritional products. After taking the capsules, the capsule contents should generally be released as quickly as possible. Therefore, the materials with which soft and hard capsules are produced, or which are potentially suitable for this purpose, are at least hydrophilic, generally also water-soluble, such as gelatin, which is used to produce significantly more than 95% of today's capsules. Thus, the problem of the material properties that vary greatly with the RF also applies to these fields of application. Gelatin or The previous standard solution in the field of soft and hard capsules, containing 25 - 50% glycerin as plasticizer, has a water content of around 23% and a water content of around 85%, while the water content of around 85% is above 30%.
  • Da 'Water is a very efficient plasticizers, the properties of plasticized gelatin are so heavily dependent on humidity.
  • Their modulus of elasticity for example, a measure of rigidity and dimensional stability, is around 85% RH less by a factor of around 600 than at 23% RH, i.e. the material is comparatively stiff and hard at low air humidity, while it is hard at high humidity RF becomes very soft and the shape stability suffers.
  • Other important material properties also vary in order of magnitude in the function of the RF.
  • the increase in stickiness and oxygen permeability P0 2 is particularly problematic, which is a factor of about 100 when the RF increases from 0% to 75%.
  • the use of gelatin capsules, particularly in humid climates is problematic and expensive packaging is necessary in order to protect the capsules from the moisture.
  • Patent specification WO 01/37817 describes a soft capsule based on thermoplastic starch (TPS) with a high plasticizer content.
  • TPS thermoplastic starch
  • it has the serious disadvantage that it has a pronounced brittleness at low atmospheric humidities, so that the TPS soft capsule breaks and splinters in a dry environment with a glass-like fracture even under low stress.
  • the TPS soft capsule becomes very soft and sticky and loses its shape stability.
  • the TPS soft capsule is therefore clearly inferior to the gelatin soft capsule and the use of the TPS soft capsule is only possible with medium RF.
  • Capsules based on TPS have so far not been feasible in the hard capsule area, where the requirements regarding toughness due to the stress on the capsules in high-speed filling machines are even greater.
  • the object of the present invention is to provide a material on the basis of starch which has at least the following properties:
  • Gas barrier properties especially low oxygen permeability 5.
  • Optical properties transparency and colorlessness, but dyeable and printable
  • the primary search was for a physical structure that can meet, preferably exceed, the requirements. It has the following characteristics:
  • the base is given by a hydrophilic phase, which is water-soluble or swells and disintegrates in water.
  • This phase is preferably amorphous or if it is in the partially crystalline state, the crystallites or ordered areas are ⁇ 500 nm. If they have larger dimensions, requirement 5 cannot be met.
  • Amorphous phases generally exhibit brittle behavior at temperatures below the glass transition temperature Tg. Since the glass transition temperature varies for different properties and the tough-elastic material is used in a limited temperature range around room temperature, the dependence of this transition as a function of the RF is considered instead of the temperature dependence of the brittle-tough transition.
  • RF Z is the RF, at RT the transition from brittle to tough behavior takes place.
  • RF Z ⁇ 33%, preferably ⁇ 26%, more preferably ⁇ 20%, most preferably ⁇ 15% applies to a material that is tough at low RF. Consequently the amorphous phase shows a tough behavior at the given RF.
  • This state is set using a suitable proportion of plasticizer.
  • a polyol or a mixture of polyols with melting points that are as low as possible is preferably used as the plasticizer because their plasticizing effect is at a maximum and correspondingly small amounts have to be used.
  • a high proportion of plasticizer increases the dependency of the properties on the RF.
  • amorphous phases behave like highly viscous liquids, even if their viscosity is so high that they appear as solid bodies. Since water is several times more efficient than other plasticizers in hydrophilic systems with regard to the softening effect, this means that the amorphous phase becomes softer with increasing air humidity, loses stability and finally flows.
  • a network is installed which has a lower dependency of the properties on the RF, since it is not possible to flow at high RF.
  • This network preferably interpenetrates the amorphous phase and is coupled to this phase.
  • covalent bonds i.e. chemical networks are insoluble in water and do not disintegrate even after swelling
  • a network is introduced whose connection points are thermoreversible and / or can be dissolved again or become mechanically unstable by a solvent, in particular by adding water or gastric juice at 37 ° C.
  • networks are also suitable that swell sufficiently so that they disintegrate in the swollen state under the action of low loads. This is particularly possible with thin films. If the network points are formed by at least partially ordered areas such as crystallites, these areas are ⁇ 500 nm to ensure transparency.
  • Networks generally have good mechanical properties even at moderate network densities, ie high strengths and moduli of elasticity.
  • a hydrophilic network is only slightly influenced in terms of mechanical properties by water absorption.
  • the modulus of elasticity of a hydrophilic amorphous phase can vary by a factor of around 1000 in the range of normal air humidities
  • the modulus of elasticity of a hydrophilic network varies by a factor of ⁇ 10, it can even in one wide range to be almost constant.
  • the network density must therefore be set so that the contribution of the network to the modulus of elasticity and the strength at high water contents is at least comparable to the contribution of the amorphous phase.
  • the contribution of the network in this area is preferably significantly greater than the contribution of the amorphous phase. In this case it is even possible to obtain almost constant moduli of elasticity in the range of around 30 - 70% humidity.
  • a network with sufficient network density can compensate for the insufficient properties of the amorphous phase at high air humidities.
  • hydrophilic networks are problematic with regard to water solubility, either the network density must be set so low that the network disintegrates after swelling in water due to minimal strength under low stress (which is the case in particular with thin films), or the network points are preferably through very small crystallites formed, which can dissolve in excess of water. The stability of the crystallites, which decreases with the size of the crystallites, is used.
  • the structure after being adjusted, remains stable under changing conditions of humidity and temperature, i.e. it is set to an equilibrium state. This can be achieved through the manufacturing conditions, the network density being set to the required level.
  • the elements listed basically point the way to various practical solutions based on different raw materials and recipes.
  • the decisive points are the balance between amorphous phase and network, as well as the parameters of the network, which is strong enough on the one hand to ensure the mechanical properties of the material under changing conditions and on the other hand the solubility or the disintegration of the capsules in water or in Gastric juice not impossible.
  • prior art networks do not meet this requirement.
  • Previous networks based on starch for example, are practically completely insoluble in water and stable against decay, they are known to be opaque up to complete non-transparency, cannot be welded, and furthermore they only show low ductility in the range typically ⁇ 50% and have a disadvantageous effect on toughness out.
  • An essential key to solving the problems mentioned is the size of the ordered areas that constitute the network points. This size can be set through the structural parameters of the raw materials used, in particular through the suitable choice of the network-active chain length CLn.na of the starch molecules used.
  • VS existing strength
  • starches do not form a homogeneous amorphous structure.
  • Starches containing amylose in particular tend to retrogradate, which creates orderly areas, often with dimensions> 500nm. This affects transparency on the one hand (opacity), on the other hand, retrogated etched starches have a limited dissolution or disintegration behavior. Since the solubility in water can be made more difficult by introducing a network, the best possible solution or disintegration behavior of the base or the amorphous phase is an essential prerequisite.
  • Retrogradation is primarily the result of the amylose portion of starches, with the amylose at least partially crystallizing.
  • VS or mixtures of VS with an amylose content of ⁇ 25%, in particular ⁇ 22%, in particular ⁇ 19% are therefore preferred, i.e. Rice or sago starches or starches derived from tubers and roots such as potatoes, yams, canna, arrowroot or tapioca.
  • starches derived from roots and tubers or waxy starches are also preferred, in particular tapioca starch, since their protein and lipid contents are lower in comparison with non-waxy cereal starches, which is also advantageous, inter alia, for transparency and clarity.
  • Cereal starches and potato starches, in particular corn starch also have the disadvantage that various genetically modified variants of these starches are grown and purity is a priori problematic in terms of GMO proportions. Therefore starches are preferred from this point of view, of which no GMO variants are grown, for example sago or root starches, in particular tapioca starches.
  • genetically modified starches can also be considered as VS.
  • dextrins in particular pyrodextrins such as white dextrins, yellow or canary dextrins, modified dextrins, co-dextrins or British gums. They have good film-forming properties and, due to their irregular structure and the high degree of branching Qb of typically> 0.05, they are partially to practically completely stable with respect to retrogradation and therefore very readily water-soluble, and also long-term stable, i.e. aging.
  • the use of dextrins has a positive effect on the quality of the weld seam of soft capsules, as they have good adhesive properties.
  • Dextrins with low to medium degrees of conversion can be used as sole VS or together with other VS, while dextrins with high degrees of conversion are preferably used together with other VS. With regard to the optical properties, white dextrins are preferred.
  • amylopectin can also retrograde, but to a much lesser extent and on a much larger time scale.
  • the extent of the retrogradation of amylopectin and the stability of the retrog etched amylopectin regions against solubility or decay in water is determined by the length of the A-side chains of amylopectin.
  • the shortest possible A-side chains are advantageous.
  • starches are preferred with CLw ⁇ 18, preferably ⁇ 16, more preferably ⁇ 14, in particular ⁇ 13, most preferably ⁇ 12, i.e.
  • waxy starches in particular waxy rice, tapioca starches or sago starches.
  • the length of the A-side chains is also reflected in the more easily measurable properties of Blue Value (BV) and iodine affinity (IA), so that VS with amylopectin fractions of deep BV and deep IA are preferred.
  • BV Blue Value
  • IA iodine affinity
  • VS starches or mixtures of such starches, which are modified and counteracted by the following treatments or combinations of these treatments. have been stabilized via retrogradation, preference being given to using starches with a priori low tendency to retrogradation, such as, for example, tubers or root starches:
  • Oxidation for example periodate oxidation, chromic acid oxidation, permanganate oxidation, nitrogen dioxide oxidation, hypochlorite oxidation: oxidized starches); Esterification (for example acetylated starches, phosphorylated starches (monoesters), starch sulfates, starch xanthate); Etherification (for example, hydroxyalkyl starches, especially hydroxypropyl or hydroxyethyl starches, methyl starches, allyl starches, triphenylmethyl starches, carboxymethyl starches, diethylaminoethyl starches); Cross-linking (e.g. diphosphate starches, diadipate starches); Graft reactions; Carbamate reactions (starch carbamates).
  • Esterification for example acetylated starches, phosphorylated starches (monoesters), starch sulfates, starch xanthate
  • Etherification for example, hydroxyalkyl
  • Starches with partially substituted hydroxyl groups show advantageous film-forming properties for use, high elongations, such as are required in particular for the production of films, and as a result of the substitution they are stabilized with respect to retrogradation, i.e. water soluble and transparent.
  • These positive properties in the sense of the invention usually increase with the degree of substitution DS and the size of the substituted group.
  • Starches with DS> 0.01, more preferably> 0.05, in particular> 0.10, most preferably> 0.15 are therefore preferred.
  • the upper limit is given by regulatory provisions for food starches. From a technological point of view, however, modified starches with higher DS are also suitable and advantageous.
  • substituted starches of particular interest are hydroxypropylated or hydroxyethylated or acetylated or phosphorylated or oxidized root and tuber starches or waxy starches with maximum permissible degrees of substitution of around 0.20 for food starches.
  • VS chemically cross-linked starches
  • distarch phosphates distarch adipates or inhibited starches (novation starches).
  • Chemically crosslinked and simultaneously substituted starches are particularly preferred, with higher degrees of substitution also being preferred here.
  • Suitable process measures in particular by checking the shear forces, can ensure that at least part of the chemical crosslinking within the starch grain is retained in the end product.
  • the amorphous phase is a two-phase system containing network fragments of the original starch granules, whereby E- The modulus and strength of the capsule in the problematic area can be positively influenced by high atmospheric humidity, while the water solubility is not significantly impaired.
  • discontinuous network fragments differ fundamentally from the physical networks essential for the solution.
  • the required property profile cannot be achieved on the basis of the network fragments alone, but they can make a positive contribution in terms of an optimized solution.
  • Another advantage of using substituted and chemically cross-linked starches is that a wide range of types with different degrees of substitution and cross-linking of these cheap commodity starches are commercially available in food quality.
  • hydroxypropylated distarch phosphates examples are hydroxypropylated distarch phosphates, hydroxypropylated distarch adipates, acetylated distarch phosphates or acetylated distarch phosphates, which are based on starches of various origins such as corn, wheat, millet, rice, potato, tapioca et. are available.
  • starches of interest are hydrolyzed starches such as acid-hydrolyzed starches or enzymatically hydrolyzed starches, as well as " chemically modified hydrolyzed starches, in particular based on starches with amylose contents of ⁇ 25%, provided that they have a reduced tendency to retrogradation, which is due to additional modification how oxidation or substitution is achieved.
  • VS with a low, reduced or disappearing tendency to retrogradation are preferred.
  • VS with higher amylose contents such as cereal starches, pea starches or high amylose-containing maize starch can, however, be used if measures are taken to prevent or minimize the retrogradation, e.g. through process measures such as freezing of the amorphous state and / or heat treatment with a defined water content , in particular in the case of low water content, and / or chemical modification of the VS such as, for example, substitution of hydroxyl groups, and / or measures relating to the recipe, substances which inhibit retrogradation being admixed.
  • an amorphous state can on the one hand be achieved whereby water solubility and 'decay is guaranteed or otherwise retrogradation can have the effect minimized by the formation of a limited, but defined network is still possible, whereby a balance between toughness at low humidity and sufficient strength and rigidity can be achieved in high humidity.
  • an additional network which is more network-compatible Starch (NS) is introduced, ie the required material properties can then be achieved on the basis of VS alone or a combination of VS.
  • NS network-compatible Starch
  • starches listed can be used both in native granular form (cooking starches) and physically modified (pregelatinized, cold water soluble, cold water swelling).
  • plasticizers there is a wide range of known starch plasticizers to choose from, which have been described many times in the prior art (see, for example, WO 03/035026 A2 or WO 03/035044 A2).
  • the polyols glycerol are mentioned here , Erythritol, xylitol, sorbitol, mannitol, galactitol, tagatose, lactitol, maltitol, maltulose, isomalt.
  • plasticizers can each be used alone or in various mixtures.
  • plasticizers particularly suitable for starch networks have melting points ⁇ 100 ° C., preferably ⁇ 70 ° C., more preferably ⁇ 50 ° C., most preferably ⁇ 30 ° C.
  • Water is by far the most important plasticizer, around 2.5 times more effective than glycerin. Here is water but mostly not called plasticizers to distinguish water from other plasticizers.
  • NS Starches containing or consisting of amyloses or amylose-like starches are used as NS.
  • a mixture of different NS types is also referred to as NS.
  • VS and NS can be materially identical, since in principle every NS can also be used as VS. The difference between VS and NS is therefore not material in all cases, rather the terms must also be understood in connection with the process.
  • NS is treated in such a way that its potential for forming networks is optimally released, whereas this does not have to be the case with VS.
  • the amyloses can be linear as well as branched and optionally modified.
  • NS are amyloses from native starches, in particular amyloses obtained by fractionating starches with an amylose content> .23%, modified amyloses, in particular substituted amyloses or hydrolyzed amyloses, synthetic amyloses, cereal starches, pea starches, high amylose starches, in particular with an amylose content> 30 , preferably> 40, more preferably> 60, most preferably> 90, hydrolyzed starches, in particular hydrolyzed high amylose starches or sago starches, gelling dextrins, fluid starches, microcrystalline starches, starches from the field of fat replacers.
  • NS can also have an intermediate fraction, such as those contained in starches containing high amylose and which can be obtained by fractionation.
  • the intermediate fraction lies between amylose and amylopectin.
  • LCA long chain amylose
  • SCA short chain amylose
  • Network-capable strengths can have LCA and / or SCA.
  • SCA Short chain amylose
  • SCA amylodextrins, linear dextrins, nail dextrins, lintnerized starches, erythrodextrins or achrodextrins, which represent different names and subgroups of SCA.
  • SCA can be obtained, for example, by hydrolysis of LCA, LCA-amylopectin mixtures or amylopectin mixtures.
  • SCA which is particularly suitable for advantageous networks is obtained, for example, by hydrolysis of starches originating from roots and tubers or from heterowaxy or waxy starches.
  • the hydrolysis can be carried out chemically, such as, for example, acid hydrolysis and / or enzymatically, for example using amylases or combinations of amylases (alpha-amylase, beta-amylase, amyloglucosidase, isbamylase or pullulanase).
  • Amylose-containing starches are obtained as SCA by combined acid / enzyme hydrolysis, and the two hydrolyses can be carried out simultaneously or in succession.
  • different types of SCA can be obtained from the same strength.
  • the characteristics of SCA are also influenced by the state of the native starch during hydrolysis, for example by the degree of swelling of the starch granules. Therefore a wide range of suitable SCA is available.
  • Further types can be obtained by acid / enzyme hydrolysis or enzyme hydrolysis starting from waxy starches, SCA hydrolysates with DPn typically being obtained around 22, which are particularly suitable.
  • SCA which is formed during the process of processing the starches into the NSF and finally the starch network, e.g. through pullulanase.
  • LCA Long chain amylose
  • the amylose contained in native starch is usually LCA with DPn> 100.
  • the degree of polymerization DPn of LCA can be reduced, for example, by acid hydrolysis and / or enzymatic hydrolysis and / or oxidation to values ⁇ 100, so that appropriately modified native starches also have SCA can.
  • Numerous processes for producing SCA, LCA and mixtures of SCA and LCA are described in the prior art. Both types of amylose are available on the one hand in pure form and are also present in different, optionally hydrolyzed, commercial starches in different proportions.
  • the structural requirements for coupling the network to the amorphous or predominantly amorphous phase are given by the chain lengths CLw (A-AP) of the A side chains of the amylopectin fraction and by the chain lengths of the amylose 'fraction.
  • the chain lengths CLw (A-AP) of A-side chains of amylopectin for amylopectins from starches with an amylose content ⁇ 30 are in the range of around 10-20, while high amylose starches have somewhat longer chain lengths CLw (A-AP).
  • Amyloses on the other hand, can also have much longer chain lengths CLw (AM).
  • chain lengths CL are typically in the range from 100 to 1000, with root and tuber starches having significantly longer chain lengths than cereal starches.
  • chain lengths CL (SCA) are typically in the range from 100 to 1000, with root and tuber starches having significantly longer chain lengths than cereal starches.
  • SCA short chain amyloses
  • the chain lengths CL (SCA) ⁇ 100 and generally of about the same size as the degrees of polymerization DP (SCA), where CL (SCA) ⁇ DP (SCA). Since information on the weight average CLw is only rarely available for the various starches, the number average CLn of the chain length distribution and the number average DPn of the distribution of the degree of polymerization are used for a simplified discussion.
  • CLw is slightly larger than CLn, although the difference in A-side chains of amylopectin is only slight because they have a narrow distribution, while the difference in SCA is larger and can be very large in LCA.
  • the minimum chain length of amylose CLn (AM) or the minimum degree of polymerization of amylose DPn (AM) in order to use amylose to couple a network to the amorphous phase is approximately CLn (AM) - CLn (A-AP), ie around 10 - 20, - whereby advantageous couplings up to around CLn (AM) ⁇ 100 are possible.
  • networks can also arise which are not coupled to the amorphous phase, ie which consist predominantly of amylose. These networks have disadvantageous properties with regard to the requirements, for example opacity at higher RF, water insolubility, significantly reduced elongations at break and toughness compared to coupled networks.
  • SCA as NS or as a proportion of NS is suitable for the production of networks coupled to the amorphous phase, the stability of the crystallites forming the network points, ie their size, decreasing with decreasing CLn (AM) or DPn (AM) and the water solubility and the transparency of the substance increases.
  • Advantageous networks are obtained with proportions psc A of SCA in% by weight dsb based on amylopectin and SCA in the range from 1-35, preferably 2-25, in particular 3-20, most preferably 4-14.
  • Irregularities can be introduced into the chain length CLn (AM) by chemical reactions, in particular by substitution of hydroxyl groups of the anhydroclucose monomer unit, by oxidation or crosslinking.
  • CLn chain length
  • the network-active chain length is halved from CL to 1 / 2CL. It is therefore possible to obtain advantageous networks, for example by hydroxypropylation or acetylation, also on the basis of LCA.
  • Advantageous degrees of substitution (DS) are in the range of approximately 0.01-0.50.
  • Advantageous networks are obtained with proportions P CA of modified LCA in% by weight dsb based on amylopectin and LCA in the range 1-70, preferably 2-50, in particular 3-40, more preferably 4-35, most preferably 5-30.
  • proportions of PLCA are higher than in the case of low degrees of modification.
  • na> 100 can be obtained if suitable conditions are created for this through process measures, such as shaping at comparatively low water contents or low temperatures and / or heat treatment with RF in the range 20-60% and / or addition of RHS, the (large-scale) association of amylose to amylose networks being suppressed and the (small-scale) association of amylose with A-side chains being favored by amylopectin.
  • RF in the range 20-60% and / or addition of RHS
  • NS and possibly VS are activated and, in particular, stabilized before or during mixing with VS.
  • the activation ensures that the amylose contained in NS is in an amorphous state, so that after mixing with VS a recombination can take place, which leads to a network.
  • the stabilization makes it possible to influence the start of network formation and the type of network.
  • Activation combined with stabilization of the NS is of particular importance. Stabilization is achieved by overheating the amylose to temperatures above the melting or dissolving process.
  • foreign nucleating agents and / or methods for generating suitable germs can be used by supercooling the activated NS.
  • stabilization, nucleation, hypothermia and foreign nucleating agents reference is made to the patent applications WO 03/035026 A2 and WO 03/035044 A2 for detailed information.
  • the temperature of the recombination of the amylose to the desired network can be adjusted to low temperatures by the stabilization.
  • RHS can be used to advantage for tough elastic materials based on VS alone or a combination of VS and NS.
  • NSF network-compatible starch fluid
  • the retr 'ogradationshemmende action of these substances is partly due to the reduction of the property of the strength as a plasticizer the water available, as well as in the dilution of the starch phase, whereby the diffusion of the starch macromolecules is difficult in both cases, and with respect to a crystallization existing incompatibility of RHS and strength.
  • RHS examples include types of sugar such as glucose, galactose, fructose, sucrose, maltose, trehalose, lactose, lactulose, refiniosis, glucose syrup, high maltose com syrup, high fructose com syrup, hydrogenated starch hydrolysates et.
  • polydextrose furthermore polydextrose, glycogen, oligosaccharides, mixtures of oligosaccharides, in particular with DE> 20, preferably> 25, more preferably> 30, most preferably> 70, maltodextrins, dextrins, pyrodextrins, in particular with degrees of branching Qb> 0.05, preferably> 0.10, even more preferably > 0.15, most preferably> 0.3.
  • RHS also improve the water solubility per se, in some cases have a favorable influence on the sorption behavior and in particular the types of sugar reduce the oxygen permeability considerably, which is why they are particularly advantageous for this reason. If retrogradation-inhibiting substances are unable to completely suppress retrogradation, dextrins, pyrodextrins, maltodextrins, oligosaccharides and glycogen in particular enable the dimensions of the crystallites produced by retrogradation to be controlled down to dimensions, whereby the transparency is not impaired and water solubility or decomposition in water is achieved can be.
  • disintegrants or disintegrants used in galenics are suitable as disintegrants, in particular fillers which are immersed in water. absorb a gas and / or swell strongly, which mechanically destabilizes and disintegrates.
  • examples are carbonates and hydrogen carbonates of the alkali and alkaline earth ions, in particular calcium carbonate, and soy proteins (for example Emco-soy) or preferably strongly swelling starch particles such as sodium glycolates (sodium salt of carboxymethyl ether starch), for example Explotab, Vivastar or Primojel. Salts can also be used.
  • Solvents are understood in particular as non-starch polysaccharides or hydrocolloids which have good water solubility or strong swellability in water and are miscible with NSF or are present as a separate phase therein.
  • the usual natural or synthetic dyes such as those used for coloring, can be used. can be used to color gelatin capsules.
  • starch In terms of printability, starch has advantages over gelatin. This is understandable because starch is used in large quantities in the paper industry, which means that the printability of paper can be improved.
  • the stickiness is reduced compared to gelatin before the onset of network formation, since gelatin has a much higher water content at this point in time. With the formation of the network reduces the stickiness continuously, after the completion of the network there is practically no stickiness.
  • the same sample can appear tough at low speeds and extremely brittle at high speeds. This is particularly the case with substances based on starch and in the area of the transition from brittle to tough behavior. Since high stress speeds also occur in practice, the impact strength is crucial. In addition to the impact strength, which is expressed as the energy absorbed during the break (impact work) in relation to the cross section of the sample, the elongation of the sample up to the break ⁇ «is also relevant as a measure of the deformability or toughness in the case of sudden stress.
  • the toughness of TPS as well as of the tough elastic material according to the invention is primarily determined by the glass transition temperature Tg for a certain RF.
  • the glass transition temperature is one way of characterizing a continuous phase transition in amorphous matter, characterized by an increase in the degrees of freedom of the components, resulting, for example, in increased heat capacity, thermal expansion, flexibility or increased toughness, the respective transition temperatures being able to have marked differences and a corresponding one at constant temperature Transition of the property depending on the plasticizer content can be observed.
  • the optimal plasticizer or the optimal plasticizer combination the transition with regard to toughness as a function of the RF at RT, RFz, is decisive.
  • RFz is ⁇ 30%, preferably ⁇ 20%, ie with these relatively low RF the material already has around half the maximum toughness.
  • glycerin is used as the plasticizer, the range is 20 - 40% glycerin, depending on VS, NS and other formulation parameters such as For example, retrogradation-inhibiting substances, RF Z in the range of 15-30%, which ensures sufficient toughness in the problematic area of the lower RF.
  • the toughness of the tough elastic material can also be further improved, in particular at RF ⁇ 33%, by adding a proportion of polyvinyl alcohol (PVA), in particular a proportion in% by weight in the range from 1-50, preferably 1.5-30, more preferably 2-20, in particular 3-15, most preferably 3-10.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • any PVA types are possible, preference is given to PVA types with degrees of hydrolysis ⁇ 90%, more preferably ⁇ 80%, PVA preferably being added to the NSF in dissolved form becomes.
  • a process is referred to as heat treatment, in which the material is stored in an atmosphere and the atmosphere has a course of air humidity and temperature as a function of time.
  • the heat treatment can be used to control the network formation and, if necessary, the retrogradation in the capsule produced.
  • the network formation is suppressed at RT and in the range of about 0-30% RF, while it takes place with increasing speed in the range of about 60-90% RF. If the RF is too high, turbidity can occur, which is why heat treatments are advantageously carried out in the middle range of air humidity.
  • the heat treatment can be shortened, the suitable RF decreasing with increasing temperature.
  • the duration of the heat treatment depends on the exact formulation and in particular on the degree of polymerization of the amylose and is in the range from hours to days.
  • SCA offers advantages over LCA, i.e. short heat treatment times. Due to the greater mobility of the shorter molecules, heat treatment can also be omitted.
  • Additives and / or fillers and / or resistant starches can be added to the tough-elastic material as additives.
  • the process costs in the area of soft capsules are comparable to the process costs of gelatin capsules, except for the drying process. Since capsules are made based on the viscoplastic material with significantly lower water content compared to gelatin, the drying process can be reduced. With optimized process parameters, it can even be omitted entirely.
  • the structure chosen to solve the task basically allows "various implementation options, whereby the parameters of the solution can be adapted and optimized in each case.
  • the solution to the problem consists primarily in the selection of a suitable structure and the use of various polymer structures and mechanisms such as crystallization, nucleation, network formation or heat treatment, as a result of which an advantageous range of properties can be obtained.
  • the invention discloses a new viscoplastic material based on starch which, in comparison with gelatin, has a flatter sorption isotherm and a flatter desorption isotherm, the equilibrium water contents generally being lower. This reduces the inevitable influence of RF, which reduces the range of material properties of the viscoplastic material compared to other substances that are suitable for capsules and edible films, and extends the range of applications.
  • the tough elastic material has an amazing toughness at low RF, which, for example. compared to TPS, where toughness is critical, ie the limiting factor, is improved by a factor of> 100 and at the same time good dimensional stability, ie a high modulus of elasticity, can be obtained at high RF. With regard to the balance between toughness and dimensional stability, a better property profile could even be achieved compared to gelatin. In addition, lower oxygen permeabilities can be set, which means that the range of possible applications can be increased compared to common gelatine and TPS (eg oxidation-sensitive active ingredients). As a result of the improved sorption behavior, water absorption is also reduced, which also increases the application options. The improved sorption behavior and the reduced oxygen permeability improve, for example.
  • the proposed solution thus fulfills the essential conditions for successfully replacing gelatin in the capsule area as a standard solution and setting new standards in the area of edible films.
  • both soft and hard capsules can be obtained that meet the requirement profile and at least partially even have improved properties compared to gelatin.
  • Example 1 The batch process was carried out using a heatable Brabender kneader with a chamber volume of 50 cm 3 .
  • the VS was plasticized by adding water and plasticizer at mass temperatures of 80 - 90 ° C and 120 rpm for 3 minutes.
  • a solution from NS was prepared and mixed into the melt.
  • the homogenization was carried out at 100 rpm for 10 minutes, the mass temperature rising continuously to 90-105 ° C.
  • the finished mixture was then removed and formed into 0.5mm films in a press, which typically contained about 20% water.
  • the films were then stored at different RF until equilibrium and analyzed for their properties.
  • Various formulations for tough elastic materials as well as for reference materials are listed in Table 1.
  • TL1 solution temperature
  • dT / dt cooling rate of the solution
  • TL2 temperature of the solution when added to the VS melt
  • C concentration of the solution
  • the final water content after extrusion could be varied in the range 10 - 30% using a vacuum.
  • the mixture was formed into a film of 0.6 mm thickness using a wide-angle nozzle and calibrated using a flat film take-off device (chili roll).
  • the film can then be wound up and stored, processed further at a later time or it can also be bsw directly. processed into soft capsules via a rotary die system or into sachets via a welding and cutting system. If the film is stored temporarily, the water content should be around 25 - 35% at room temperature and around 15% at room temperature so that the network does not form. A very interesting state exists in the range of water contents of about 7 - 15% (provided that there is no or only a little developed network).
  • the NSF is on the one hand in a state above the glass transition temperature Tg, ie the material is relatively soft and shows a very high elongation of typically 300% and more.
  • the NSF in the NSF surprisingly remains in the molecularly disperse distribution for at least months. stood so that the good formability and weldability is preserved for as long.
  • the network formation can then be triggered by an increase in the temperature and / or the water content, the material solidifying as a result of the onset of network formation and losing its weldability at low temperatures.
  • Example 3 As example 1, but with NS solution added in G3, plasticizer in G2.
  • Example 5 As example 1, but the NS solution and plasticizer are each metered into G2
  • Example 6 (two-step process). In the first step, a preliminary product is produced, in contrast to Example 1 the throughput of plasticizer is 5 kg / h and granules are produced by strand or top granulation.
  • These granules (5 kg / h) are plasticized in a processing extruder by adding the rest of the plasticizer content (0.7 kg / h) and water (1.5 kg / h) and formed into films or into an injection molded body such as hard capsules.
  • the temperature of the processing extruder in the plasticizing zone is around 90 ° C. characteristics
  • TPS soft 10, 11 and 12 show the basic problem of obtaining a material that can be used in a wide range of air humidity based on starch. These materials are relatively impact resistant at low RH of 20 - 30%, but with increasing humidity, water is quickly absorbed, which makes them very soft and sticky from around 40% RH, losing their firm character and gradually the properties of slowly flowing, highly viscous Accept liquids.
  • the decrease of the E-moduli with the RF is dramatic, TPS soft 12 or so. varies in the RF range 20 - 40% by almost a factor of 1000. Such substances are extremely unsuitable for any application that is exposed to the atmosphere.
  • the formulations tough elastic 10-1, 10-2, 11 and 12 have a defined network, whereby on the one hand the impact-resistant behavior at low RF is not impaired, but on the other hand the mechanical properties such as. the modulus of elasticity can be stabilized at medium to high RF. Surprisingly, a quasi plateau of the modulus of elasticity in the RF range of around 40 - 75% was obtained, whereby the modulus of elasticity remains almost constant. The level of the quasi plateau depends on the one hand on the chosen VS and on the type and proportion of the NS. The comparison of tough elastic 10-1 with 10% NS with tough elastic 10-2 with 15 NS shows the influence of the NS portion. " '
  • the stress-strain curves of the tough-elastic material in the RF range of around 20 - 50% show a course that, for example, is comparable to the stress-strain curve of polyethylene, whereby a yield point, a subsequent plateau region and finally a hardening area can be determined.
  • Figure 2 shows the elongations at break of the formulations of Figure 1.
  • the elongations at break of the recipes Ten-elastic 10, 11 and 12 show a measure of around 45% RH. Maximum of a good 300% on and within a wide air humidity range of around 20 - 70%, elongations at break of at least 100% are obtained. This behavior reflects the excellent film-forming property in a wide water content range.
  • the use of NS slightly reduces the maximum elongation at break compared to the formulations without NS, but here too it can be seen that the area of application for high RF can be significantly expanded by introducing a defined network.
  • Figure 3 shows the behavior of the E-moduli in function of the RF for two typical tough elastic materials according to the invention (tough elastic 1 and 2) as well as for a soft (TPS soft 1) and a brittle TPS (TPS brittle 1) and for soft capsule gelatin demonstrated.
  • soft capsule gelatin shows a linear decrease in the modulus of elasticity with increasing RF and varies in the RF range of around 20-85% by a factor of around 600.
  • Elastic 1 and 2 have a significantly reduced range of variation in this RF range a factor of 100 and in particular a quasi plateau in the middle RF range. This is a significant advantage over gelatin. While gelatin and tough elastic 1 and 2 at 22% RH have comparable moduli of elasticity, the elastic moduli of tough elastic 1 and 2 at 85% RH are around 10 to 20 times higher, which significantly improves the dimensional stability at high RH.
  • TPS soft 1 is based on a substituted starch with deep DS. This recipe shows what can be achieved in the most optimal case with respect to the modulus of elasticity at high RF if impact strength is to be maintained at the same time at low RF.
  • the moduli of elasticity at higher RF are modest, however, at 58% RF only a value of 2MPa is obtained, while gelatin is still 8MPa, tough elastic 1 and 2 still 11 and 73MPa.
  • the starch used for TPS soft 1 is not very suitable as VS for inventive tough-elastic materials. In particular, this property is not sufficient for applications where decay in water is essential.
  • TPS brittle 1 shows E-moduli at higher air humidities, which are comparable to tough elastic 1.
  • the impact strength at 32% RF with only 11 mJ / mm2 compared to 904mJ / mm2 with tough elastic 1 is extremely low, ie TPS brittle 1 is extremely brittle at low RF, the material breaks like glass with the slightest stress.
  • the course of the tensile stress at 10% elongation as a function of the RF for the previously mentioned recipes is shown in Figure 4. The relationships regarding this property are analogous to the modulus of elasticity.
  • TPS brittle 1 The course of the impact strength or impact work K as a function of the RF is shown for TPS brittle 1, TPS soft 1, and for tough elastic 1 and 21 in Figure 5.
  • a starch-based material can be described as tough if the impact strength is at least 30mJ / mm2, but higher values are advantageous.
  • TPS brittle 1 only becomes slightly tough above 40% RH, while tough elastic 1 becomes tough above 20% RH and tough elastic 21 even below 10% RH, i.e. even with extremely low air humidity, which normally hardly occurs, is tough.
  • the transition from brittle to tough takes place at TPS soft 1 between 10 - 20% RH.
  • the subsequent sharp decrease in impact strength at higher RF is due to the fact that the material becomes extremely soft with increasing RF and takes on the character of a highly viscous liquid.
  • FIGs 3, 4 and 5 clearly show a basic problem of TPS.
  • TPS is practically completely amorphous, is glass-like below the glass transition temperature Tg and is present as a highly viscous liquid above Tg. Useful properties can therefore only be obtained in the transition area between the two states within a narrow RF range.
  • both toughness and strength properties can be achieved simultaneously in a wide RF range, with additional properties as required for specific applications being able to be set (eg transparency, decay in aqueous media, water solubility). It is also of particular advantage that the properties can be almost stabilized in an RF range of typically 40 - 75% (quasi-plateau of the modulus of elasticity and strength).
  • Figure 6 shows the moduli of elasticity for various viscoplastic formulations as a function of the RF. On the one hand, it shows that the characteristic properties of the viscoplastic material according to the invention can be obtained by means of various formulations, on the other hand it is expressed that the level of the modulus of elasticity can be varied over a range comprising almost two decades.
  • the property profile of the tough-elastic material depends not only on the recipe, but also on the manufacturing process.
  • a comparison of the properties as produced for the same recipe by means of a batch process (Brabender kneader, tough elastic 1) and by means of a continuous extrusion process (tough elastic 1 E) can be seen in FIG. 7. It becomes clear that the modulus of elasticity after the extrusion process lies in the area of the quasi plateau and above at a significantly higher level, whereby values 3 to 5 times higher were obtained in comparison with tough elastic 1, i.e.
  • the advantages of the tough elastic material are even more pronounced in the production by extrusion than the results based on the batch process.
  • Figure 8 shows that the elasticity of tough elastic 1 E compared to tough elastic 1 decreases slightly in the area of the maximum at medium RF, but increases at low and high RF.
  • the better properties resulting from the extrusion process compared to the Brabender process are common and based on factors such as. higher homogeneity, fewer material defects, shorter process times.
  • the sorption isotherms of tough elastic 1, 16 and 17 are compared with the sorption isotherms of gelatin.
  • Gelatin absorbs more water in the entire RF range compared to the tough elastic material with the same RF. This is one of the reasons why various properties of gelatin show a higher dependence on the RF.
  • the water absorption of the viscoplastic material can be reduced by specific recipe measures, in particular by the composition of the plasticizer (viscoplastic 16, 17), so that various other properties are less dependent on the RF.
  • good barrier properties to gases, in particular to oxygen are advantageous (damage to the contents by oxidation).
  • Figure 11 shows that the oxygen permeability of tough elastic 1 compared to soft capsule gelatin is reduced by a factor of 2 to 3, making another advantage over gelatin obvious.
  • the oxygen permeability can be further reduced through recipe measures, especially through the use of sugar.
  • Tough elastic 17 has oxygen permeabilities reduced by a factor Vz in the RF range 0 - 75% compared to tough elastic 1, while this factor is even% in tough elastic 16.
  • the advantage of such bags based on starch is on the one hand the price and on the other hand the very good biodegradability of starch.
  • the tough elastic material can encapsulate aroma concentrates, whereby the aroma is only released during use and up to this point the aromas can be very well protected over a long period of time and maintain their quality (top notes).
  • the stability of the viscoplastic material at high atmospheric humidity and the absence of stickiness in the entire RF area is a major advantage.
  • the release of medicinal substances from capsules consisting of the viscoplastic material was examined, the results meeting the requirements for pharmacopoeia.
  • the oxygen permeability measurements were carried out with an OX-TRAN 2/21 (MO ' CON Inc. 7500 Boone Avenue North, Minneapolis, USA) on films of 0.15 mm thickness, the oxygen permeabilities of starch film and gelatin film in a symmetrical arrangement at the same time were measured so that the relative values could be determined very precisely.
  • K (RFz) is defined as the arithmetic mean of the toughness of the plateau in the brittle region Ks and the maximum toughness K after the brittle-tough transition. Since Ks «KM is usually K (RFz) ⁇ V KM P 02 [mlxcm / (cm 2 x24hxatm)] permeability coefficient for oxygen •
  • AM [% by weight] amylose content, based on the starch, dsb PNS [% by weight] proportion of NS based on NS and VS, dsb PLCA [% by weight] proportion of LCA in% by weight dsb based on AP and LCA PSCA [% By weight] of SCA in% by weight of dsb based on AP and SCA P HS [% by weight] of RHS based on VS and NS and RHS PSM [% by weight] share of SM, based on VS and NS and SM p L [% by weight] share of LM, based on VS and NS and LM
  • WM plasticizer can be a single plasticizer or a mixture of different plasticizers
  • RHS RHS retrogradation inhibiting fabrics
  • A-AP A side chains of amylopectin
  • LCA2 LCA with DPn> 300; LCA2 can form networks both alone and in combination with other strengths. Mixtures of LCA2 and VS can form networks at high plasticizer contents and high temperatures
  • NSF Networkable Starch Fluid Melt or solution containing a starch or a starch blend, and plasticizer; can be obtained as a strength network below under suitable conditions.
  • An NSF has at least one VS and at least one NS
  • VVP Cross-linked preliminary product obtained from NSF has an at least partially developed starch network
  • IVP inhibited intermediate obtained from NSF has no or only a minimally developed network, the formation of a network is suppressed by procedural measures.
  • An IVP is predominantly to completely amorphous
  • KVP Pre-product containing germs obtained from NSF has a slightly developed network, the network elements of which act as germs in the processing of the KVP for the production of starch networks
  • VS and NS are prepared separately, mixed to form an NSF and the NSF is processed directly into the end product • .
  • TCP Together Continuous Process VS and NS are processed together to form an NSF and the NSF is processed directly into the end product
  • VS and NS are prepared separately, mixed into an NSF and the NSF processed into a VP

Description

Zähelastischer Werkstoff Tough elastic material
Die Erfindung betrifft einen zähelastischen Werkstoff auf Basis von Stärke, der einerseits bei tiefen Luftfeuchtigkeiten eine hohe Schlagzähigkeit, andererseits bei hohen Luftfeuchtigkeiten immer noch einen hohen E-Modul sowie in einem weiten Bereich von Luftfeuchtigkeiten ein hohes Dehnvermögen aufweistThe invention relates to a tough elastic material based on starch, which on the one hand has a high impact strength at low atmospheric humidities, on the other hand still has a high modulus of elasticity at high atmospheric humidities and has a high elasticity in a wide range of atmospheric humidities
Stand der TechnikState of the art
Es wurden verschiedene Versuche unternommen, um auf Basis von Stärke einen brauchbaren Werkstoff zu erhalten, wobei fast ausschliesslich von weichgemachter thermoplastischer Stärke (TPS) ausgegangen wurde. Ais Weichmacher werden typischerweise Polyole eingesetzt. Bei TPS liegt die Stärke nahezu vollständig in amorpher Form vor. Die Eigenschaften von amorphen Polymeren werden massgeblich durch die Glasumwandlungstemperatur Tg bestimmt. Unterhalb Tg ist der Zustand glasartig, hart und spröde, oberhalb Tg weich. Der Unterschied zwischen diesen beiden Zuständen ist bei TPS besonders ausgeprägt. Da Stärke Makromoleküle relativ starr und rigide sind, werden hohe Anteile an Weichmacher benötigt. Unterhalb Tg ist TPS extrem spröde und insbesondere sehr empfindlich gegenüber hoher Beanspruchungsgeschwindigkeit, oberhalb Tg nimmt TPS mit zunehmender Temperatur immer mehr den Charakter einer klebrigen hochviskosen Flüssigkeit an. Da Stärke und deren Weichmacher ausserdem stark hydrophil sind, nimmt TPS aus der Atmosphäre Wasser auf und ist die Empfindlichkeit von TRS gegenüber der Luftfeuchtigkeit RF eine weitere Problematik, welche dem Einsatz von TPS in der Praxis im Wege steht. Der Zusammenhang zwischen RF und Wassergehalt eines Materials wird durch dessen Sorptionskurve beschrieben. Durch Wasseraufnahme wird Tg zu tieferen Temperaturen hin verschoben, sodass bei konstanter Temperatur mit zunehmendem Wassergehalt eine vergleichbare Variation des Eigenschaftsprofils erhalten wird wie bei Zunahme der Temperatur, d.h. bei tiefer RF ist TPS hart und spröde, bei hoher RF weich. Infolge des Sorptionsverhaltens sind die Materialeigenschaften wie bspw. Schlagzähigkeit K, Festigkeit σm, E-Modul E, Dehnvermögen εt,, Sauerstoffpermeabilität P02 und Oberflächenqualität sehr ausgeprägt von der Luftfeuchtigkeit abhängig, während idealerweise möglichst konstante Materialeigenschaften erwünscht sind. Bisher war es auf Basis von Stärke nicht möglich bei tiefer RF eine ausreichende Zähigkeit und gleichzeitig bei hoher RF eine ausreichende Festigkeit zu erhalten, hierzu musste Stärke mit synthetischen Kunststoffen geblendet werden. Beispiele zu TPS mit den erwähnten Nachteilen sind in den Patentschriften WO 94/28029, US 5362777, US 538261 1 , US 5427614, WO 94/04600, US 5415827 und US 5462980 aufgeführt.Various attempts have been made to obtain a usable material on the basis of starch, almost entirely based on plasticized thermoplastic starch (TPS). Polyols are typically used as plasticizers. The strength of TPS is almost entirely in amorphous form. The properties of amorphous polymers are largely determined by the glass transition temperature Tg. Below Tg the condition is glassy, hard and brittle, above Tg it is soft. The difference between these two states is particularly pronounced in TPS. Since starch macromolecules are relatively rigid and rigid, high levels of plasticizer are required. Below Tg, TPS is extremely brittle and in particular very sensitive to high stress rates, above Tg TPS takes on the character of a sticky, highly viscous liquid with increasing temperature. Since starch and its plasticizers are also highly hydrophilic, TPS absorbs water from the atmosphere and the sensitivity of TRS to the air humidity RF is another problem that stands in the way of the use of TPS in practice. The relationship between RF and water content of a material is described by its sorption curve. By taking up water, Tg is shifted to lower temperatures, so that at constant temperature with increasing water content a property profile is obtained which is comparable to the increase in temperature, ie at low RF TPS is hard and brittle, at high RF soft. As a result of the sorption behavior, the material properties such as impact strength K, strength σ m , modulus of elasticity E, elasticity εt, oxygen permeability P 02 and surface quality are very strongly dependent on the air humidity, while ideally constant material properties are desirable. So far it was based on Starch not possible to obtain sufficient toughness at low RF and at the same time to obtain sufficient strength at high RF. To do this, starch had to be blended with synthetic plastics. Examples of TPS with the disadvantages mentioned are listed in the patents WO 94/28029, US 5362777, US 538261 1, US 5427614, WO 94/04600, US 5415827 and US 5462980.
Weich- und Hartkapseln sind eine bewährte Darreichungsform für Pharmaka und Nutritionais. Nach Einnahme der Kapseln soll in der Regel eine möglichst rasche Freisetzung des Kapselinhalts erfolgen. Daher sind die Materialien, womit Weich- und Hartkapseln hergestellt werden, oder die für hierfür potentiell in Frage kommen, zumindest hydrophil, im Allgemeinen auch wasserlöslich, wie beispielsweise Gelatine, womit deutlich mehr als 95% der heutigen Kapseln hergestellt werden. Somit trifft die erwähnte Problematik der mit der RF stark variierenden Materialeigenschaften auch auf diese Applikationsfelder zu. Gelatine bsw. die bisherige Standardlösung im Bereich von Weich- und Hartkapseln, enthaltend um 25 - 50% Glycerin als Weichmacher weist bei RF von 23% um 4.5% Wasser auf, während der Wassergehalt bei RF von rund 85% oberhalb 30% liegt. Da'Wasser ein sehr effizienter Weichmacher ist, sind die Eigenschaften von weichgemachter Gelatine damit massiv von der Luftfeuchtigkeit abhängig. Deren E-Modul beispielsweise, ein Mass für die Steifigkeit und Formstabilität, ist bei rund 85% RF um einen Faktor von rund 600 mal kleiner als bei 23% RF, d.h. bei tiefer Luftfeuchtigkeit ist das Material vergleichsweise steif und hart, während es bei hoher RF sehr weich wird und die Formstabilität leidet. Weitere wichtige Materialeigenschaften variieren in Funktion der RF ebenfalls um Grössenordnun- gen. Besonders problematisch ist dabei die Zunahme der Klebrigkeit und der Sauerstoffpermeabilität P02, welche bei einer Zunahme der RF von 0% bis 75% einen Faktor von etwa 100 beträgt. Aus den genannten Gründen ist der Einsatz von, Gelatine-Kapseln insbesondere in feuchten Klimas problematisch und sind aufwändige Verpackungen notwendig, um die Kapseln vor der Feuchtigkeit zu schützen.Soft and hard capsules are a proven dosage form for pharmaceuticals and nutritional products. After taking the capsules, the capsule contents should generally be released as quickly as possible. Therefore, the materials with which soft and hard capsules are produced, or which are potentially suitable for this purpose, are at least hydrophilic, generally also water-soluble, such as gelatin, which is used to produce significantly more than 95% of today's capsules. Thus, the problem of the material properties that vary greatly with the RF also applies to these fields of application. Gelatin or The previous standard solution in the field of soft and hard capsules, containing 25 - 50% glycerin as plasticizer, has a water content of around 23% and a water content of around 85%, while the water content of around 85% is above 30%. Da 'Water is a very efficient plasticizers, the properties of plasticized gelatin are so heavily dependent on humidity. Their modulus of elasticity, for example, a measure of rigidity and dimensional stability, is around 85% RH less by a factor of around 600 than at 23% RH, i.e. the material is comparatively stiff and hard at low air humidity, while it is hard at high humidity RF becomes very soft and the shape stability suffers. Other important material properties also vary in order of magnitude in the function of the RF. The increase in stickiness and oxygen permeability P0 2 is particularly problematic, which is a factor of about 100 when the RF increases from 0% to 75%. For the above reasons, the use of gelatin capsules, particularly in humid climates is problematic and expensive packaging is necessary in order to protect the capsules from the moisture.
Die ausgeprägte Abhängigkeit der Eigenschaften von hydrophilen Kapselmaterialien von der Luftfeuchtigkeit ist eine grundlegende Problematik. Eine ideale Lösung im Bereich der Hart- und Weichkapseln mit konstanten Eigenschaften in einem breiten Bereich der gängigen Luftfeuchtigkeiten ist a priori nicht möglich. In der Praxis muss immer ein Kompromiss zwischen den Eigenschaften bei tiefen und bei hohen Luftfeuchtigkeiten gesucht werden, d.h. ein zähes Verhalten bei tiefen RF bedeutet eine reduzierte Formstabilität bei hohen RF und umgekehrt bedeutet eine gute Formstabilität bei hohen RF eine Einbusse an Zä- higkeit bis hin zu spröden Eigenschaften bei tiefen RF. Mit Kapseln auf Basis von Gelatine konnte zumindest ein akzeptierbarer Kompromiss gefunden werden. Nachdem jedoch die aus Schlachtabfällen gewonnene Gelatine infolge der BSE-Problematik und im Zuge des Trends hin zu vegetarischen Produkten von den Konsumenten zunehmend abgelehnt wird, wurde nach neuen Lösungen basierend auf Rohstoffen pflanzlichen Ursprungs gesucht. In der Patentschrift WO 01/37817 wird eine Weichkapsel auf Basis von Thermoplastischer Stärke (TPS) mit hohem Weichmachergehalt beschrieben. Sie hat jedoch den schwerwiegenden Nachteil, dass sie bei tiefen Luftfeuchtigkeiten eine ausgeprägte Sprö- digkeit aufweist, sodass die TPS-Weichkapsel in trockener Umgebung bereits bei geringer Beanspruchung mit einem glasartigen Bruch bricht und zersplittert. Bei hohen RF wird die TPS Weichkapsel sehr weich und klebrig und verliert sie ihre Formstabilität. Die TPS Weichkapsel ist daher der Gelätine-Weichkapsel deutlich unterlegen und ist der Einsatz der TPS-Weichkapsel nur bei mittleren RF möglich. Im Bereich der Hartkapseln, wo die Anforderungen betreffend die Zähigkeit infolge der Beanspruchung der Kapseln in Hoch- geschwindigkeitsabfüllautomaten noch grösser sind, waren Kapseln auf Basis von TPS bisher nicht machbar. In den Patentschriften US 6214376 und US 6340473 werden Weichkapseln auf Basis von Carrageenan und Stärke beschrieben. Diese Lösung hat den Nachteil, dass die Weichkapseln bereits bei mittleren RF zu weich und damit zu wenig formstabil sind. Bei höheren RF ist dieses Verhalten noch ausgeprägter. Weitere Nachteile sind die hohe Sauerstoffpermeabilität, die hohen Rohstoffkosten von Carrageenan, das deutlich teuerer ist als Gelatine, sowie der Verdacht auf Kanzerogenität von Carrageenan. Diese Beispiele verdeutlichen die grundlegende Problematik der mit der Luftfeuchtigkeit ausgeprägt variierenden Materialeigenschaften im Bereich der Kapseln, welche ebenso für weitere Anwendungen von hydrophilen Stoffen im Bereich Folien, Filme, Fasern, Spritzgusskörper usw. gilt.The pronounced dependence of the properties of hydrophilic capsule materials on the air humidity is a fundamental problem. An ideal solution in the field of hard and soft capsules with constant properties in a wide range of common air humidities is not possible a priori. In practice, a compromise must always be sought between the properties at low and high air humidities, ie tough behavior at low RF means reduced dimensional stability at high RF and, conversely, good shape stability at high RF means a loss of ability to brittle properties at low RF. With capsules based on gelatin, at least an acceptable compromise could be found. However, after the gelatin obtained from slaughterhouse waste was increasingly rejected by consumers due to the BSE problem and in the course of the trend towards vegetarian products, new solutions based on raw materials of plant origin were sought. Patent specification WO 01/37817 describes a soft capsule based on thermoplastic starch (TPS) with a high plasticizer content. However, it has the serious disadvantage that it has a pronounced brittleness at low atmospheric humidities, so that the TPS soft capsule breaks and splinters in a dry environment with a glass-like fracture even under low stress. At high RF, the TPS soft capsule becomes very soft and sticky and loses its shape stability. The TPS soft capsule is therefore clearly inferior to the gelatin soft capsule and the use of the TPS soft capsule is only possible with medium RF. Capsules based on TPS have so far not been feasible in the hard capsule area, where the requirements regarding toughness due to the stress on the capsules in high-speed filling machines are even greater. In the patents US 6214376 and US 6340473 soft capsules based on carrageenan and starch are described. The disadvantage of this solution is that the soft capsules are too soft and therefore not dimensionally stable even at medium RF. This behavior is even more pronounced at higher RF. Other disadvantages are the high oxygen permeability, the high raw material costs of carrageenan, which is significantly more expensive than gelatin, and the suspected carcinogenicity of carrageenan. These examples illustrate the fundamental problem of the material properties in the capsule area, which vary markedly with the air humidity, which also applies to further applications of hydrophilic substances in the area of foils, films, fibers, injection molded articles, etc.
Aufgabenstellungtask
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe auf Basis von Stärke einen Werkstoff bereitzustellen, der mindestens folgende Eigenschaftsmerkmale aufweist:The object of the present invention is to provide a material on the basis of starch which has at least the following properties:
1. Formstabilität bei RF im Bereich 10 ~ 90%, insbesondere bei hoher RF1. Dimensional stability with RF in the range 10 ~ 90%, especially with high RF
2. Zähigkeit bei RF im Bereich 10 - 90%, insbesondere bei tiefer RF2. Toughness with RF in the range 10 - 90%, especially with low RF
3. Langzeitstabilität bzw. Alterungsbeständigkeit3. Long-term stability or aging resistance
4. Gasbarriereeigenschaften: insbesondere tiefe Sauerstoffpermeabilität 5. Optische Eigenschaften: Transparenz und Farblosigkeit, aber färbbar und bedruckbar4. Gas barrier properties: especially low oxygen permeability 5. Optical properties: transparency and colorlessness, but dyeable and printable
6. Oberflächen Eigenschaften: keine Klebrigkeit , 7. Biologisch abbaubar, insbesondere essbar6. Surface properties: no stickiness, 7. biodegradable, especially edible
Gegebenenfalls sollen noch folgende Eigenschaftsmerkmale erhalten werden:If necessary, the following characteristics should also be obtained:
8. Dehnbarkeit von mindestens 100% im Bereich 25 - 60% RF8. Elasticity of at least 100% in the range 25-60% RH
9. Verschweissbarkeit, insbesondere bei tiefen Temperaturen unterhalb 40°C9. Weldability, especially at low temperatures below 40 ° C
10. Quellbarkeit, insbesondere Löslichkeit bzw. Zerfall in Wasser10. Swellability, especially solubility or decay in water
11. Löslichkeit bzw.' Zerfall im Magen (37°C), insbesondere Freisetzung eines Wirkstoffs nach Pharmakopöe11. Solubility or ' Decay in the stomach (37 ° C), especially release of an active ingredient according to the pharmacopoeia
12. Rohstoffe verfügbar mindestens in Lebensmittel Qualität12. Raw materials available at least in food quality
Die aufgeführten Eigenschaften sind nicht unabhängig voneinander, teilweise sogar in hohem Masse wechselseitig abhängig, d.h. die Optimierung einer bestimmten Eigenschaft hat vor- oder nachteilige Konsequenzen bezüglich der anderen Eigenschaften.The properties listed are not independent of one another, in some cases even interdependent to a high degree, i.e. the optimization of a certain property has advantages or disadvantageous consequences in relation to the other properties.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Zur Lösung der Aufgabe wurde primär nach einer physikalischen Struktur gesucht, welche die Anforderungen erfüllen, vorzugsweise übertreffen kann. Sie weist die folgenden Eigenschaften auf:To solve the problem, the primary search was for a physical structure that can meet, preferably exceed, the requirements. It has the following characteristics:
1. Die Basis ist durch eine hydrophile Phase gegeben, welche wasserlöslich ist oder in Wasser quillt und zerfällt. Diese Phase ist vorzugsweise amorph oder wenn sie in teilkristallinem Zustand vorliegt, sind die Kristallite oder geordneten Bereiche < 500nm. Weisen sie grössere Dimensionen auf, ist die Anforderung 5 nicht erfüllbar. Amorphe Phasen weisen im Allgemeinen bei Temperaturen unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg ein sprödes Verhalten auf. Da die Glasumwandlungstemperatur für unterschiedliche Eigenschaften variiert und der zähelastische Werkstoff in einem begrenzten Temperaturbereich um die Raumtemperatur eingesetzt wird, wird anstelle der Temperaturabhängigkeit des spröd-zäh Übergangs die Abhängigkeit dieses Übergangs in Funktion der RF betrachtet. Dabei ist RFZ die RF wobei bei RT der Übergang von sprödem zu zähem Verhalten stattfindet. Für die amorphe Phase gilt daher für einen bei tiefer RF zähen Werkstoff RFZ < 33%, vorzugsweise < 26%, noch bevorzugter < 20%, am bevorzugtesten < 15%. Somit weist die amorphe Phase bei den angegebenen RF ein zähes Verhalten auf. Die Einstellung dieses Zustandes erfolgt durch einen geeigneten Anteil an Weichmacher. Vorzugsweise wird als Weichmacher ein Polyol oder eine Mischung von Polyolen mit möglichst tiefen Schmelzpunkten eingesetzt, weil deren weich machende Wirkung maximal ist und entsprechend geringe Mengen eingesetzt werden müssen. Ein hoher Weichmacheranteil verstärkt die Abhängigkeit der Eigenschaften von der RF.1. The base is given by a hydrophilic phase, which is water-soluble or swells and disintegrates in water. This phase is preferably amorphous or if it is in the partially crystalline state, the crystallites or ordered areas are <500 nm. If they have larger dimensions, requirement 5 cannot be met. Amorphous phases generally exhibit brittle behavior at temperatures below the glass transition temperature Tg. Since the glass transition temperature varies for different properties and the tough-elastic material is used in a limited temperature range around room temperature, the dependence of this transition as a function of the RF is considered instead of the temperature dependence of the brittle-tough transition. Here, RF Z is the RF, at RT the transition from brittle to tough behavior takes place. For the amorphous phase, RF Z <33%, preferably <26%, more preferably <20%, most preferably <15% applies to a material that is tough at low RF. Consequently the amorphous phase shows a tough behavior at the given RF. This state is set using a suitable proportion of plasticizer. A polyol or a mixture of polyols with melting points that are as low as possible is preferably used as the plasticizer because their plasticizing effect is at a maximum and correspondingly small amounts have to be used. A high proportion of plasticizer increases the dependency of the properties on the RF.
2. Amorphe Phasen verhalten sich bei Temperaturen » Tg bzw. bei RF » RFz wie hochviskose Flüssigkeiten, auch wenn deren Viskosität so hoch ist, dass sie als feste Körper erscheinen. Da Wasser im Vergleich mit anderen Weichmachern in hydrophilen Systemen hinsichtlich der weichmachenden Wirkung um Faktoren effizienter ist, führt dies dazu, dass die amorphe Phase mit zunehmender Luftfeuchtigkeit kontinuierlich weicher wird, an Stabilität verliert und schliesslich zerfliesst.2. At temperatures »Tg or at RF» RFz, amorphous phases behave like highly viscous liquids, even if their viscosity is so high that they appear as solid bodies. Since water is several times more efficient than other plasticizers in hydrophilic systems with regard to the softening effect, this means that the amorphous phase becomes softer with increasing air humidity, loses stability and finally flows.
Da eine amorphe Phase die Anforderungen 1 , 2, 6, 8 bei hohen RF nicht erfüllen kann, muss die Struktur verstärkt werden. Hierfür wird ein Netzwerk eingebaut, welches eine geringere Abhängigkeit der Eigenschaften von der RF aufweist, da ein Fliessen bei hohen RF nicht möglich ist. Dies Netzwerk interpenetriert die amorphe Phase vorzugsweise und ist mit dieser Phase gekoppelt. Da durch Ausbildung von kovalenten Bindungen entstandene, d.h. chemische Netzwerke wasserunlöslich sind und auch nach Quellung nicht zerfallen, wird ein Netzwerk eingeführt, dessen Verknüpfungspunkte thermoreversibel sind und/oder durch ein Lösungsmittel, insbesondere durch Zugabe von Wasser bzw. Magensaft bei 37°C, wieder gelöst werden können bzw. mechanisch instabil werden. Darüber hinaus eigenen sich auch Netzwerke die genügend quellen, sodass sie im gequollenen Zustand unter Einwirkung geringer Beanspruchungen zerfallen. Dies ist insbesondere bei dünnen Filmen möglich. Werden die Netzwerkpunkte durch mindestens teilweise geordnete Bereich wie Kristallite gebildet, so sind diese Bereiche < 500nm, um die Transparenz zu gewährleisten.Since an amorphous phase cannot meet requirements 1, 2, 6, 8 at high RF, the structure must be reinforced. For this purpose, a network is installed which has a lower dependency of the properties on the RF, since it is not possible to flow at high RF. This network preferably interpenetrates the amorphous phase and is coupled to this phase. Since covalent bonds, i.e. chemical networks are insoluble in water and do not disintegrate even after swelling, a network is introduced whose connection points are thermoreversible and / or can be dissolved again or become mechanically unstable by a solvent, in particular by adding water or gastric juice at 37 ° C. In addition, networks are also suitable that swell sufficiently so that they disintegrate in the swollen state under the action of low loads. This is particularly possible with thin films. If the network points are formed by at least partially ordered areas such as crystallites, these areas are <500 nm to ensure transparency.
3. Netzwerke weisen im Allgemeinen schon bei moderaten Netzwerkdichten gute mechanische Eigenschaften, d.h. hohe Festigkeiten und E-Moduli auf. Durch Wasseraufnahme wird ein hydrophiles Netzwerk bezüglich der mechanischen Eigenschaften nur gering be- einflusst. Während beispielsweise der E-Modul einer hydrophilen amorphen Phase im Bereich üblicher Luftfeuchtigkeiten um einen Faktor von rund 1000 variieren kann, variiert der E-Modul eines hydrophilen Netzwerk um einen Faktor von < 10, er kann sogar in einem weiten Bereich nahezu konstant sein. Die Netzwerkdichte ist daher so einzustellen, dass der Beitrag des Netzwerks zum E-Modul und der Festigkeit bei hohen Wassergehalten mindestens vergleichbar ist mit dem Beitrag der amorphen Phase. Vorzugsweise ist der Beitrag des Netzwerks in diesem Bereich deutlich grösser als der Beitrag der amorphen Phase. In diesem Fall ist es sogar möglich, im Bereich der Luftfeuchtigkeiten von etwa 30 - 70% nahezu konstante E-Moduli zu erhalten. Durch ein Netzwerk mit ausreichender Netzwerkdichte können die ungenügenden Eigenschaften der amorphen Phase bei hohen Luftfeuchtigkeiten kompensiert werden.3. Networks generally have good mechanical properties even at moderate network densities, ie high strengths and moduli of elasticity. A hydrophilic network is only slightly influenced in terms of mechanical properties by water absorption. For example, while the modulus of elasticity of a hydrophilic amorphous phase can vary by a factor of around 1000 in the range of normal air humidities, the modulus of elasticity of a hydrophilic network varies by a factor of <10, it can even in one wide range to be almost constant. The network density must therefore be set so that the contribution of the network to the modulus of elasticity and the strength at high water contents is at least comparable to the contribution of the amorphous phase. The contribution of the network in this area is preferably significantly greater than the contribution of the amorphous phase. In this case it is even possible to obtain almost constant moduli of elasticity in the range of around 30 - 70% humidity. A network with sufficient network density can compensate for the insufficient properties of the amorphous phase at high air humidities.
4. Da hydrophile Netzwerke hinsichtlich der Wasserlöslichkeit problematisch sind, ist entweder die Netzwerkdichte so niedrig einzustellen, dass das Netzwerk nach Quellung in Wasser infolge minimaler Festigkeit unter geringer Beanspruchung zerfällt (was insbesondere bei dünnen Filmen der Fall ist), oder die Netzwerkpunkte werden vorzugsweise durch sehr kleine Kristallite gebildet, welche sich im Überschuss von Wasser auflösen können. Dabei wird die mit abnehmender Grosse der Kristallite abnehmende Stabilität der Kristallite genutzt.4. Since hydrophilic networks are problematic with regard to water solubility, either the network density must be set so low that the network disintegrates after swelling in water due to minimal strength under low stress (which is the case in particular with thin films), or the network points are preferably through very small crystallites formed, which can dissolve in excess of water. The stability of the crystallites, which decreases with the size of the crystallites, is used.
5. Die Struktur, nachdem sie eingestellt worden ist, bleibt unter wechselnden Bedingungen von Luftfeuchtigkeit und Temperatur stabil, d.h. sie wird auf einen Gleichgewichtszustand eingestellt. Dies kann durch die Herstellungsbedingungen erreicht werden, wobei die Netzwerkdichte auf das erforderliche Mass eingestellt wird.5. The structure, after being adjusted, remains stable under changing conditions of humidity and temperature, i.e. it is set to an equilibrium state. This can be achieved through the manufacturing conditions, the network density being set to the required level.
Die aufgeführten Elemente weisen grundsätzlich den Weg zu verschiedenen praktikablen Lösungen basierend auf verschiedenen Rohstoffen und Rezepturen. Die entscheidenden Punkte sind dabei die Balance zwischen amorpher Phase und Netzwerk, sowie die Parameter des Netzwerks, das einerseits stark genug ist, um die mechanischen Eigenschaften des Materials unter wechselnden Bedingungen zu gewährleisten und andererseits die Löslichkeit oder den Zerfall der Kapseln in Wasser bzw. in Magensaft nicht verunmöglicht. Diese Anforderungen miteinander in Einklang zu bringen ist ein zentraler Aspekt der vorliegenden Erfindung, dem Stand der Technik entsprechende Netzwerke erfüllen diese Anforderung nicht. Bisherige Netzwerke auf Basis von Stärke beispielsweise sind in Wasser praktisch vollständig unlöslich sowie stabil gegenüber Zerfall, sie sind bekannterweise opak bis hin zu vollständiger Intransparenz, nicht verschweissbar, zeigen ausserdem nur geringe Dehnbarkeiten im Bereich von typischerweise < 50% und wirken sich nachteilig auf die Zähigkeit aus. Ein wesentlicher Schlüssel zur Lösung der genannten Problematik ist dabei die Grosse der geordneten Bereiche, welche die Netzwerkpunkte konstituieren. Diese Grosse kann durch die Strukturparameter der eingesetzten Rohstoffe eingestellt werden, insbesondere durch die geeignete Wahl der netzwerkaktiven Kettenlänge CLn.na der eingesetzten Stärke Moleküle.The elements listed basically point the way to various practical solutions based on different raw materials and recipes. The decisive points are the balance between amorphous phase and network, as well as the parameters of the network, which is strong enough on the one hand to ensure the mechanical properties of the material under changing conditions and on the other hand the solubility or the disintegration of the capsules in water or in Gastric juice not impossible. Bringing these requirements together is a central aspect of the present invention; prior art networks do not meet this requirement. Previous networks based on starch, for example, are practically completely insoluble in water and stable against decay, they are known to be opaque up to complete non-transparency, cannot be welded, and furthermore they only show low ductility in the range typically <50% and have a disadvantageous effect on toughness out. An essential key to solving the problems mentioned is the size of the ordered areas that constitute the network points. This size can be set through the structural parameters of the raw materials used, in particular through the suitable choice of the network-active chain length CLn.na of the starch molecules used.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die Umsetzung der ausgewählten Struktur für die verschiedenen Anwendungen basiert auf folgenden Elementen der Lösung:The implementation of the selected structure for the different applications is based on the following elements of the solution:
Basis und Vorliegende StärkenBasis and existing strengths
Für die Basis wird eine Vorliegende Stärke (VS) ausgewählt. Grundsätzlich kann dies irgendeine Stärke beliebigen Ursprungs oder eine Kombination von solchen Stärken sein. Allerdings bilden viele Stärken keine homogene amorphe Struktur aus. Insbesondere amy- losehaltige Stärken neigen zur Retrogradation, wodurch geordnete Bereich entstehen, oft mit Abmessungen > 500nm. Dadurch wird einerseits die Transparenz beeinträchtigt (Opazität), andererseits weisen retrog radierte Stärken ein eingeschränktes Lösungs- oder Zerfallsverhalten auf. Da die Wasserlöslichkeit durch die Einführung eines Netzwerks zusätzlich erschwert werden kann, ist ein möglichst gutes Lösungs- oder Zerfallsverhalten der Basis bzw. der amorphen Phase eine wesentliche Voraussetzung.An existing strength (VS) is selected for the base. Basically, this can be any strength of any origin or a combination of such strengths. However, many starches do not form a homogeneous amorphous structure. Starches containing amylose in particular tend to retrogradate, which creates orderly areas, often with dimensions> 500nm. This affects transparency on the one hand (opacity), on the other hand, retrogated etched starches have a limited dissolution or disintegration behavior. Since the solubility in water can be made more difficult by introducing a network, the best possible solution or disintegration behavior of the base or the amorphous phase is an essential prerequisite.
Retrogradation ist primär die Folge des Amylose-Anteils von Stärken, wobei die Amylose zumindest teilweise kristallisiert. Daher werden VS oder Mischungen von VS mit einem Amylosegehalt von < 25%, insbesondere < 22%, insbesonderst < 19% bevorzugt, d.h. Reis oder Sago Stärken oder Stärken stammend von Knollen und Wurzeln wie beispielsweise Kartoffel, Yams, Canna, Arrowroot oder Tapioka. Ebenso sind Waxy Stärken „mit einem Amylosegehalt von typischerweise < 1 % bevorzugt, wie beispielsweise Waxy Mais, Waxy Reis, Waxy Hirse, Waxy Gerste, Waxy Kartoffel oder Heterowaxy Stärken mit einem Amylosegehalt < 20% wie beispielsweise Heterowaxy Hirse.Retrogradation is primarily the result of the amylose portion of starches, with the amylose at least partially crystallizing. VS or mixtures of VS with an amylose content of <25%, in particular <22%, in particular <19% are therefore preferred, i.e. Rice or sago starches or starches derived from tubers and roots such as potatoes, yams, canna, arrowroot or tapioca. Waxy starches “with an amylose content of typically <1%, such as, for example, waxy maize, waxy rice, waxy millet, waxy barley, waxy potato or heterowaxy starches with an amylose content <20%, such as, for example, heterowaxy millet, are likewise preferred.
Hinsichtlich der Reinheit sind ebenfalls Stärken stammend von Wurzeln und Knollen oder Waxy Stärken bevorzugt, insbesondere Tapioka Stärke, da deren Protein und Lipid Gehalte im Vergleich mit nicht-Waxy Getreide Stärken niedriger sind, was u.a. auch für die Transparenz und Klarheit vorteilhaft ist. Getreide Stärken und Kartoffel Stärken, insbeson- dere Mais Stärke, haben ausserdem den Nachteil, dass von diesen Stärken verschiedene genetisch modifizierte Varianten angebaut werden und Reinheit bezüglich GMO-Anteilen a priori problematisch ist. Daher werden unter diesem Gesichtspunkt Stärken bevorzugt, wovon keine GMO-Varianten angebaut werden, beispielsweise Sago oder Wurzel Stärken, insbesondere Tapioka Stärken. Hinsichtlich der technologischen Eignung kommen jedoch grundsätzlich auch genetisch veränderte Stärken als VS in Frage.In terms of purity, starches derived from roots and tubers or waxy starches are also preferred, in particular tapioca starch, since their protein and lipid contents are lower in comparison with non-waxy cereal starches, which is also advantageous, inter alia, for transparency and clarity. Cereal starches and potato starches, in particular corn starch also have the disadvantage that various genetically modified variants of these starches are grown and purity is a priori problematic in terms of GMO proportions. Therefore starches are preferred from this point of view, of which no GMO variants are grown, for example sago or root starches, in particular tapioca starches. In terms of technological suitability, genetically modified starches can also be considered as VS.
Weiter sind von besonderem Interesse Dextrine, insbesondere Pyrodextrine wie weisse Dextrine, yellow bzw. canary Dextrine, modifizierte Dextrine, Co-Dextrine oder British Gums. Sie weisen gute-Filmbildungseigenschaften auf und infolge ihrer irregulären Struktur und des hohen Verzweigungsgrades Qb von typischerweise > 0.05 sind sie teilweise bis praktisch vollständig stabil bezüglich Retrogradation und damit sehr gut wasserlöslich, sowie langzeitstabil, d.h. alterungsbeständig. Ausserdem wirkt sich der Einsatz von Dextrinen positiv auf die Qualität der Schweissnaht von Weichkapseln aus, da sie gute Klebeigenschaften aufweisen. Dextrine mit geringen bis mittleren Konvertierungsgraden können als alleinige VS eingesetzt werden oder zusammen mit weiteren VS, während Dextrine mit hohen Konvertierungsgraden vorzugsweise zusammen mit weiteren VS eingesetzt werden. Im Hinblick auf die optischen Eigenschaften werden weisse Dextrine bevorzugt.Also of particular interest are dextrins, in particular pyrodextrins such as white dextrins, yellow or canary dextrins, modified dextrins, co-dextrins or British gums. They have good film-forming properties and, due to their irregular structure and the high degree of branching Qb of typically> 0.05, they are partially to practically completely stable with respect to retrogradation and therefore very readily water-soluble, and also long-term stable, i.e. aging. In addition, the use of dextrins has a positive effect on the quality of the weld seam of soft capsules, as they have good adhesive properties. Dextrins with low to medium degrees of conversion can be used as sole VS or together with other VS, while dextrins with high degrees of conversion are preferably used together with other VS. With regard to the optical properties, white dextrins are preferred.
Neben Amylose kann auch Amylopektin retrogradieren, allerdings in einem deutlich geringeren Umfang und auf einer deutlich grösseren Zeitskala. Der Umfang der Retrogradation von Amylopektin und die Stabilität der retrog radierten Amylopektin Regionen gegenüber Löslichkeit bzw. Zerfall in Wasser wird durch die Länge der A-Seitenketten von Amylopektin bestimmt. Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang möglichst kurze A-Seitenketten. Unter diesem Gesichtspunkt werden Stärken bevorzugt mit CLw < 18, vorzugsweise < 16, noch bevorzugter < 14, insbesondere < 13, am bevorzugtesten < 12, d.h. bspw. Waxy Stärken, insbesondere Waxy Reis, Tapioka Stärken oder Sago Stärken. Andererseits wird die Länge der A-Seitenketten auch in den einfacher messbaren Eigenschaften von Blue Value (BV) und Jod Affinität (IA) reflektiert, sodass VS mit Amylopektin Fraktionen von tiefem BV bzw. tiefer IA bevorzugt werden.In addition to amylose, amylopectin can also retrograde, but to a much lesser extent and on a much larger time scale. The extent of the retrogradation of amylopectin and the stability of the retrog etched amylopectin regions against solubility or decay in water is determined by the length of the A-side chains of amylopectin. In this context, the shortest possible A-side chains are advantageous. From this point of view, starches are preferred with CLw <18, preferably <16, more preferably <14, in particular <13, most preferably <12, i.e. For example, waxy starches, in particular waxy rice, tapioca starches or sago starches. On the other hand, the length of the A-side chains is also reflected in the more easily measurable properties of Blue Value (BV) and iodine affinity (IA), so that VS with amylopectin fractions of deep BV and deep IA are preferred.
Bevorzugt sind weiterhin als VS Stärken oder Mischungen solcher Stärken, welche durch folgende Behandlungen oder Kombinationen dieser Behandlungen verändert und gegen- über Retrogradation stabilisiert worden sind, wobei bevorzugt Stärken mit a priori geringer Neigung zur Retrogradation wie bspw. Knollen oder Wurzel Stärken eingesetzt werden:Also preferred as VS are starches or mixtures of such starches, which are modified and counteracted by the following treatments or combinations of these treatments. have been stabilized via retrogradation, preference being given to using starches with a priori low tendency to retrogradation, such as, for example, tubers or root starches:
Oxidation (bspw. Periodat Oxidation, Chromsäure Oxidation, Permanganat Oxidation, Stickstoffdioxid Oxidation, Hypochlorit Oxidation: oxidierte Stärken); Veresterung (bspw. acetylierte Stärken, phosphorylierte Stärken (Monoester), Stärke Sulfate, Stärke Xantha- te); Veretherung (bspw. Hydroxyalkyl Stärken, insbesondere Hydroxypropyl oder Hydroxy- ethyl ..Stärken, Methyl Stärken, Allyl Stärken, Triphenylmethyl Stärken, Carboxymethyl Stärken, Diethylaminoethyl Stärken); Vernetzung (bspw. Diphosphat Stärken, Diadipat Stärken); Graft Reaktionen; Carbamat Reaktionen (Stärke Carbamate).Oxidation (for example periodate oxidation, chromic acid oxidation, permanganate oxidation, nitrogen dioxide oxidation, hypochlorite oxidation: oxidized starches); Esterification (for example acetylated starches, phosphorylated starches (monoesters), starch sulfates, starch xanthate); Etherification (for example, hydroxyalkyl starches, especially hydroxypropyl or hydroxyethyl starches, methyl starches, allyl starches, triphenylmethyl starches, carboxymethyl starches, diethylaminoethyl starches); Cross-linking (e.g. diphosphate starches, diadipate starches); Graft reactions; Carbamate reactions (starch carbamates).
Stärken mit teilweise substituierten Hydroxylgruppen, zeigen für die Anwendung vorteilhafte Filmbildungseigenschaften, hohe Dehnungen, wie sie insbesondere für die Herstellung von Filmen benötigt werden und infolge der Substitution sind sie hinsichtlich der Retrogradation stabilisiert, d.h. wasserlöslich und transparent. Diese im Sinne der Erfindung positiven Eigenschaften nehmen üblicherweise mit dem Substitutionsgrad DS und der Grosse der substituierten Gruppe zu. Bevorzugt sind deshalb Stärken mit DS > 0.01 , noch bevorzugter > 0.05, insbesondere > 0.10, am bevorzugtesten > 0.15. Die obere Grenze ist jeweils durch regulatorische Bestimmungen für Lebensmittel Stärken gegeben. In technologischer Hinsicht sind jedoch auch modifizierte Stärken mit höheren DS geeignet und vorteilhaft.Starches with partially substituted hydroxyl groups show advantageous film-forming properties for use, high elongations, such as are required in particular for the production of films, and as a result of the substitution they are stabilized with respect to retrogradation, i.e. water soluble and transparent. These positive properties in the sense of the invention usually increase with the degree of substitution DS and the size of the substituted group. Starches with DS> 0.01, more preferably> 0.05, in particular> 0.10, most preferably> 0.15 are therefore preferred. The upper limit is given by regulatory provisions for food starches. From a technological point of view, however, modified starches with higher DS are also suitable and advantageous.
Beispiele für substituierte Stärken von besonderem Interesse sind hydroxypropylierte oder hydroxyethylierte oder acetylierte oder phosphorylierte oder oxidierte Wurzel und Knollen Stärken oder Waxy Stärken mit für Lebensmittel Stärken maximal, zulässigen Substitutionsgraden von rund 0.20.Examples of substituted starches of particular interest are hydroxypropylated or hydroxyethylated or acetylated or phosphorylated or oxidized root and tuber starches or waxy starches with maximum permissible degrees of substitution of around 0.20 for food starches.
Ebenso sind von besonderem Interesse hinsichtlich der Viskosität stabilisierte VS, d.h. chemisch vernetzte Stärken wie bspw. Distärkephosphate, Distärkeadipate oder inhibierte Stärken (Novation Starches). Besonders bevorzugt sind chemisch vernetzte und gleichzeitig substituierte Stärken, wobei auch hier höhere Substitutionsgrade bevorzugt sind. Durch geeignete Verfahrensmassnahmen, insbesondere durch Kontrolle der Scherkräfte, kann erreicht werden, dass zumindest ein Teil der chemischen Vernetzung innerhalb des Stärkekorns im Endprodukt erhalten bleibt. In diesem Fall ist die amorphe Phase ein Zweiphasensystem enthaltend Netzwerkfragmente der ursprünglichen Stärkekörner, wodurch E- Modul und Festigkeit der Kapsel im problematischen Bereich von hohen Luftfeuchtigkeiten positiv beeinflusst werden kann, während die Wasserlöslichkeit nicht nennenswert beeinträchtigt wird. Dabei ist zu betonen, dass sich die diskontinuierlichen Netzwerkfragmente grundlegend von den für die Lösung essentiellen physikalischen Netzwerken unterscheiden. Auf Basis der Netzwerkfragmente allein ist das geforderte Eigenschaftsprofil nicht erreichbar, sie können jedoch einen positiven Beitrag im Sinne einer optimierten Lösung leisten. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von substituierten und gleichzeitig chemisch vernetzten Stärken besteht darin, dass eine breite Palette von Typen mit unterschiedlichen Substitutions- und Vernetzungsgraden dieser günstigen Commodity Stärken kommerziell in Lebensmittelqualität erhältlich sind. Beispiele sind hydroxypropylierte Distärkephosphate, hydroxypropylierte Distärkeadipate, acetylierte Distärkephosphate oder acetylierte Distärkephosphate, welche auf basierend auf Stärken verschiedenen Ursprungs wie Mais, Weizen, Hirse, Reis, Kartoffel, Tapioka et. erhältlich sind.Also of particular interest with regard to viscosity are VS, ie chemically cross-linked starches such as distarch phosphates, distarch adipates or inhibited starches (novation starches). Chemically crosslinked and simultaneously substituted starches are particularly preferred, with higher degrees of substitution also being preferred here. Suitable process measures, in particular by checking the shear forces, can ensure that at least part of the chemical crosslinking within the starch grain is retained in the end product. In this case, the amorphous phase is a two-phase system containing network fragments of the original starch granules, whereby E- The modulus and strength of the capsule in the problematic area can be positively influenced by high atmospheric humidity, while the water solubility is not significantly impaired. It should be emphasized that the discontinuous network fragments differ fundamentally from the physical networks essential for the solution. The required property profile cannot be achieved on the basis of the network fragments alone, but they can make a positive contribution in terms of an optimized solution. Another advantage of using substituted and chemically cross-linked starches is that a wide range of types with different degrees of substitution and cross-linking of these cheap commodity starches are commercially available in food quality. Examples are hydroxypropylated distarch phosphates, hydroxypropylated distarch adipates, acetylated distarch phosphates or acetylated distarch phosphates, which are based on starches of various origins such as corn, wheat, millet, rice, potato, tapioca et. are available.
Eine weitere Gruppe von interessierenden Stärken sind hydrolysierte Stärken wie Säure- hydrolysierte Stärken oder enzymatisch hydrolysierte Stärken, sowie" chemisch modifizierte hydrolysierte Stärken, insbesondere basierend auf Stärken mit Amylosegehalten von < 25%, sofern sie eine reduzierte Neigung zur Retrogradation aufweisen, was durch zusätzliche Modifikation wie bsw. Oxidation oder Substitution erreicht wird.Another group of starches of interest are hydrolyzed starches such as acid-hydrolyzed starches or enzymatically hydrolyzed starches, as well as " chemically modified hydrolyzed starches, in particular based on starches with amylose contents of <25%, provided that they have a reduced tendency to retrogradation, which is due to additional modification how oxidation or substitution is achieved.
Grundsätzlich werden primär VS mit geringer, reduzierter oder verschwindender Neigung zur Retrogradation bevorzugt. VS mit höheren Amylosegehalten wie bspw. Getreide Stärken, Erbsenstärken oder hochamylosehaltige Mais Stärke können jedoch eingesetzt werden, wenn Massnahmen getroffen werden, um die Retrogradation zu verhindern oder zu minimieren wie bspw. durch Verfahrensmassnahmen wie Einfrieren des amorphen Zustande und/oder Wärmebehandlung bei definiertem Wassergehalt, insbesondere bei tiefem Wassergehalt, und/oder chemische Modifikation der VS wie bspw. Substitution von Hydroxylgruppen, und/oder Massnahmen betreffend die Rezeptur, wobei retrogradatipns- hemmende Stoffe zugemischt werden. Durch eine Kombination dieser Massnahmen kann einerseits ein amorpher Zustand erreicht werden, wodurch Wasserlöslichkeit und 'Zerfall gewährleistet ist oder andererseits kann die Retrogradation dahingehend minimiert worden, dass die Bildung eines eingeschränkten, doch definierten Netzwerks noch möglich ist, wodurch eine Balance zwischen Zähigkeit bei tiefer Luftfeuchtigkeit und ausreichender Festigkeit und Steifigkeit bei hoher Luftfeuchtigkeit erreicht werden kann. In diesem Fall ist es möglich, auf ein zusätzliches Netzwerk, welches durch die Zugabe von Netzwerkfähiger Stärke (NS) eingeführt wird, zu verzichten, d.h. die erforderlichen Materialeigenschaften können dann allein auf Basis von VS oder einer Kombination von VS erreicht werden. Üblicherweise wird jedoch eine Kombination von VS und NS eingesetzt, da die verfahrenstechnische Umsetzung und die Steuerung der Materialeigenschaften (Löslichkeit, Zähigkeit, Dehnung, Transparenz et.) solcher Mischungen einfacher ist.Basically, VS with a low, reduced or disappearing tendency to retrogradation are preferred. VS with higher amylose contents such as cereal starches, pea starches or high amylose-containing maize starch can, however, be used if measures are taken to prevent or minimize the retrogradation, e.g. through process measures such as freezing of the amorphous state and / or heat treatment with a defined water content , in particular in the case of low water content, and / or chemical modification of the VS such as, for example, substitution of hydroxyl groups, and / or measures relating to the recipe, substances which inhibit retrogradation being admixed. By a combination of these measures, an amorphous state can on the one hand be achieved whereby water solubility and 'decay is guaranteed or otherwise retrogradation can have the effect minimized by the formation of a limited, but defined network is still possible, whereby a balance between toughness at low humidity and sufficient strength and rigidity can be achieved in high humidity. In this case, it is possible to add an additional network, which is more network-compatible Starch (NS) is introduced, ie the required material properties can then be achieved on the basis of VS alone or a combination of VS. Usually, however, a combination of VS and NS is used, since the process engineering implementation and the control of the material properties (solubility, toughness, elongation, transparency, etc.) of such mixtures is easier.
Die aufgeführten Vorliegenden Stärken können sowohl in nativer granulärer Form (Kochstärken), als auch physikalisch modifiziert (pregelatinisiert, kaltwasserlöslich, kaltwasser- quellend) eingesetzt werden.The starches listed can be used both in native granular form (cooking starches) and physically modified (pregelatinized, cold water soluble, cold water swelling).
Die Ausführungen zur Auswahl der VS, wobei hierfür eine spezifische VS oder eine Kombination von zwei oder mehreren VS in Frage kommt, macht deutlich, dass hier hinsichtlich des Ursprungs und der Art und dem Grad der Modifikation oder der Modifikationen eine grosse Zahl verschiedener Möglichkeiten mit individuellen Vor- und Nachteilen zur Auswahl stehen, wobei technologische Nachteile durch die Wahl von weiteren Rezepturparametern und/oder durch Verfahrensmassnahmen kompensiert werden'können. Daher ist es möglich, als VS eine Stärke oder eine Kombination von Stärken auszuwählen, welche nicht nur den technologischen Anforderungen genügen, sondern darüber hinaus können auch kommerzielle Aspekte wie Rohstoffpreis und Verfügbarkeit, sowie Aspekte betreffend optimaler Verfahrensvarianten, Reinheit oder GMO-Freiheit berücksichtigt werden. Weiterhin ist es auch möglich, hinsichtlich der Produkteigenschaften für spezifische Anwendungen eine jeweils optimale Lösung zu wählen.The explanations on the selection of the VS, whereby a specific VS or a combination of two or more VS can be considered, makes it clear that with regard to the origin and the type and degree of modification or modifications, a large number of different options with individual , whereby technological disadvantages are offset by the election of another recipe parameters and / or process measures can 'advantages and disadvantages to choose from. It is therefore possible to select a starch or a combination of starches as VS, which not only meet the technological requirements, but also commercial aspects such as raw material prices and availability, as well as aspects relating to optimal process variants, purity or GMO-free, can be taken into account. Furthermore, it is also possible to choose an optimal solution with regard to the product properties for specific applications.
Weichmachersoftener
Bezüglich Weichmacher (WM) steht eine breite Palette von bekannten Stärke Weichmachern zur Auswahl welche im Stand der Technik vielfach beschrieben wurden (vergl. bspw. WO 03/035026 A2 oder WO 03/035044 A2) namentlich genannt seien hier die.Po- lyole Glycerin, Erythritol, Xylitol, Sorbitol, Mannitol, Galactitol, Tagatose, Lactitol, Maltitol, Maltulose, Isomalt. Diese und weitere Weichmacher können jeweils alleine oder in diversen Mischungen eingesetzt werden. Es wurde gefunden, dass für Stärke Netzwerke besonders geeignete Weichmacher Schmelzpunkte < 100°C, vorzugsweise < 70°C, noch bevorzugter < 50°C, am bevorzugtesten < 30°C aufweisen. Wasser ist der mit Abstand bedeutendste Weichmacher, rund 2.5mal wirkungsvoller als Glycerin. Hier wird Wasser jedoch meist nicht als Weichmacher bezeichnet, um Wasser von den anderen Weichmachern zu unterscheiden.With regard to plasticizers (WM), there is a wide range of known starch plasticizers to choose from, which have been described many times in the prior art (see, for example, WO 03/035026 A2 or WO 03/035044 A2). The polyols glycerol are mentioned here , Erythritol, xylitol, sorbitol, mannitol, galactitol, tagatose, lactitol, maltitol, maltulose, isomalt. These and other plasticizers can each be used alone or in various mixtures. It has been found that plasticizers particularly suitable for starch networks have melting points <100 ° C., preferably <70 ° C., more preferably <50 ° C., most preferably <30 ° C. Water is by far the most important plasticizer, around 2.5 times more effective than glycerin. Here is water but mostly not called plasticizers to distinguish water from other plasticizers.
Netzwerk und Netzwerkfähige Stärken (NS)Network and networkable strengths (NS)
Da es auf Basis einer amorphen Phase allein nicht möglich ist, bei tiefer RF ausreichende Zähigkeit zu erhalten und gleichzeitig bei hoher RF ausreichende Formstabilität und Festigkeit einzustellen, wird ein definiertes Netzwerk eingeführt, wodurch die Struktur verstärkt wird. Bevorzugt werden Netzwerke, welche mit der amorphen Phase gekoppelt sind, erzeugt. Diese Kopplung' kann durch eine geeignete Auswahl von NS und durch eine Abstimmung der NS mit der VS bei geeigneten Verfahrensbedingungen erreicht werden.Since it is not possible to obtain sufficient toughness at low RF on the basis of an amorphous phase alone and at the same time to achieve sufficient dimensional stability and strength at high RF, a defined network is introduced, which reinforces the structure. Networks which are coupled to the amorphous phase are preferably generated. This coupling 'can be achieved at appropriate process conditions by an appropriate selection of NS and by coordinating with the NS VS.
Als NS werden Stärken enthaltend oder bestehend aus Amylosen oder amyloseähnlichen Stärken eingesetzt. Als NS wird auch eine Mischung verschiedener NS Typen bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass in bestimmten Fällen, insbesondere bei SCP und SDP Verfahren VS und NS stofflich identisch sein können, da im Prinzip jede NS auch als VS verwendet werden kann. Der Unterschied zwischen VS und NS ist daher nicht in allen Fällen stofflicher Art, vielmehr müssen die Begriffe auch in Zusammenhang mit dem Verfahren verstanden werden. NS wird in einer Weise behandelt, dass deren Potential zur Bildung von Netzwerken optimal freigesetzt wird, während dies bei VS nicht der Fall sein muss.Starches containing or consisting of amyloses or amylose-like starches are used as NS. A mixture of different NS types is also referred to as NS. It is pointed out that in certain cases, in particular in the case of SCP and SDP methods, VS and NS can be materially identical, since in principle every NS can also be used as VS. The difference between VS and NS is therefore not material in all cases, rather the terms must also be understood in connection with the process. NS is treated in such a way that its potential for forming networks is optimally released, whereas this does not have to be the case with VS.
Die Amylosen können sowohl linear als auch verzweigt und gegebenenfalls modifiziert sein. Beispiele für NS sind Amylosen aus nativen Stärken, insbesondere Amylosen erhalten durch Fraktionierung von Stärken mit einem Amylosegehalt > .23%, modifizierte Amylosen, insbesondere substituierte Amylosen oder hydrolysierte Amylosen, synthetische Amylosen, Getreidestärken, Erbsenstärken, hochamylosehaltige Stärken, insbesondere mit einem Amylosegehalt > 30, vorzugsweise > 40, noch bevorzugter > 60, am bevorzugtesten > 90, hydrolysierte Stärken, insbesondere hydrolysierte hochamylosehaltige Stärken oder Sago Stärken, gelierende Dextrine, Fluidity Stärken, mikrokristalline Stärken, Stärken aus dem Bereich der Fat Replacer. Ausserdem können NS auch eine Intermedia- te Fraction aufweisen, wie sie beispielsweise in hochamylosehaltigen Stärken enthalten sind und durch Fraktionierung erhalten werden können. Bezüglich ihrer Struktur und Eigenschaften liegt die Intermediate Fraction zwischen Amylose und Amylopektin. Für Amylose ist die Unterscheidung in Long Chain Amylose (LCA) mit DPn > 100 und Short Chain Amylose (SCA) mit DPn < 100 üblich. Netzwerkfähige Stärken können LCA und/oder SCA aufweisen.The amyloses can be linear as well as branched and optionally modified. Examples of NS are amyloses from native starches, in particular amyloses obtained by fractionating starches with an amylose content> .23%, modified amyloses, in particular substituted amyloses or hydrolyzed amyloses, synthetic amyloses, cereal starches, pea starches, high amylose starches, in particular with an amylose content> 30 , preferably> 40, more preferably> 60, most preferably> 90, hydrolyzed starches, in particular hydrolyzed high amylose starches or sago starches, gelling dextrins, fluid starches, microcrystalline starches, starches from the field of fat replacers. In addition, NS can also have an intermediate fraction, such as those contained in starches containing high amylose and which can be obtained by fractionation. In terms of their structure and properties, the intermediate fraction lies between amylose and amylopectin. For amylose, the distinction between long chain amylose (LCA) with DPn> 100 and short chain amylose (SCA) with DPn <100 is common. Network-capable strengths can have LCA and / or SCA.
Short Chain Amylose (SCA)Short chain amylose (SCA)
Beispiele für SCA sind Amylodextrine, lineare Dextrine, Nägeli Dextrine, Lintnerisierte Stärken, Erythrodextrine oder Achrodextrine, welche verschiedene Bezeichnungen und Untergruppen von SCA darstellen.Examples of SCA are amylodextrins, linear dextrins, nail dextrins, lintnerized starches, erythrodextrins or achrodextrins, which represent different names and subgroups of SCA.
SCA kann bspw. durch Hydrolyse von LCA, LCA-Amylopektin Mischungen oder Amylopektin Mischungen erhalten werden. Für vorteilhafte Netzwerke besonders geeignete SCA wird bspw. durch Hydrolyse von Stärken stammend von Wurzel und Knollen oder von Heterowaxy oder Waxy Stärken erhalten. Die Hydrolyse kann chemisch erfolgen wie bspw. Säurehydrolyse und/oder enzymatisch wie bspw. mittels Amylasen oder Kombinationen von Amylasen (alpha-Amylase, beta-Amylase, Amyloglucosidase, Isbamylase oder Pullu- lanase). Amylosehaltige Stärken werden durch kombinierte Säure/Enzym-Hydrolyse als SCA erhalten, wobei die beiden Hydrolysen gleichzeitig oder nacheinander erfolgen können. Davon abhängig können unterschiedliche Typen von SCA ausgehend von derselben Stärke erhalten werden. Darüber hinaus werden die Charakteristika von SCA auch vom Zustand der nativen Stärke während der Hydrolyse, bspw. durch den Quellgrad der S.tär- kekörner beeinflusst. Daher steht eine breite Palette von geeigneter SCA zur Verfügung. Weitere Typen können durch Säure/Enzym-Hydrolyse oder Enzym-Hydrolyse ausgehend von Waxy Stärken erhalten werden, wobei SCA Hydrolysate mit DPn typischerweise um 22 erhalten werden, welche besonders geeignet sind. Ausserdem .ist SCA von besonderem Interesse, die während des Verfahrens der Aufbereitung der Stärken zum NSF und schliesslich zum Stärke Netzwerk gebildet wird, bsw. durch Pullulanase.SCA can be obtained, for example, by hydrolysis of LCA, LCA-amylopectin mixtures or amylopectin mixtures. SCA which is particularly suitable for advantageous networks is obtained, for example, by hydrolysis of starches originating from roots and tubers or from heterowaxy or waxy starches. The hydrolysis can be carried out chemically, such as, for example, acid hydrolysis and / or enzymatically, for example using amylases or combinations of amylases (alpha-amylase, beta-amylase, amyloglucosidase, isbamylase or pullulanase). Amylose-containing starches are obtained as SCA by combined acid / enzyme hydrolysis, and the two hydrolyses can be carried out simultaneously or in succession. Depending on this, different types of SCA can be obtained from the same strength. In addition, the characteristics of SCA are also influenced by the state of the native starch during hydrolysis, for example by the degree of swelling of the starch granules. Therefore a wide range of suitable SCA is available. Further types can be obtained by acid / enzyme hydrolysis or enzyme hydrolysis starting from waxy starches, SCA hydrolysates with DPn typically being obtained around 22, which are particularly suitable. Also of particular interest is SCA, which is formed during the process of processing the starches into the NSF and finally the starch network, e.g. through pullulanase.
Long Chain Amylose (LCA)Long chain amylose (LCA)
Die in nativer Stärke enthaltene Amylose ist üblicherweise LCA mit DPn > 100. Der Polymerisationsgrad DPn von LCA kann jedoch beispielsweise durch Säure-Hydrolyse und/oder enzymatische Hydrolyse und/oder Oxidation auf werte < 100 reduziert werden, sodass entsprechend modifizierte native Stärken auch SCA aufweisen können. Zahlreiche Verfahren zur Herstellung von SCA, LCA und Mischungen von SCA und LCA sind im Stand der Technik beschrieben. Beide Amylosetypen sind einerseits in reiner Form erhältlich, sowie in verschiedenen, gegebenenfalls hydrolysierten kommerziellen Stärken zu unterschiedlichen Anteilen enthalten.The amylose contained in native starch is usually LCA with DPn> 100. However, the degree of polymerization DPn of LCA can be reduced, for example, by acid hydrolysis and / or enzymatic hydrolysis and / or oxidation to values <100, so that appropriately modified native starches also have SCA can. Numerous processes for producing SCA, LCA and mixtures of SCA and LCA are described in the prior art. Both types of amylose are available on the one hand in pure form and are also present in different, optionally hydrolyzed, commercial starches in different proportions.
Vorteilhafte NetzwerkeAdvantageous networks
Die strukturellen Voraussetzungen zur Kopplung des Netzwerks mit der amorphen bzw. vorwiegend amorphen Phase sind durch die Kettenlängen CLw (A-AP) der A-Seitenketten der Amylopektin Fraktion und durch die Kettenlängen der Amylose' Fraktion gegeben. Die Kettenlängen CLw(A-AP) von A-Seitenketten von Amylopektin liegen für Amylopektine aus Stärken mit einem Amylosegehalt < 30 im Bereich von rund 10 - 20, während hochamylosehaltige Stärken etwas höhere Kettenlängen CLw(A-AP) aufweisen. Amylosen hingegen können auch sehr viel höhere Kettenlängen CLw(AM) aufweisen. Für Long Chain Amylosen (LCA) liegen Kettenlängen CL(LCA) typischerweise im Bereich von 100 - 1000, wobei Wurzel und Knollen Stärken deutlich höhere Kettenlängen aufweisen als Getreidestärken. Für Short Chain Amylosen (SCA) sind die Kettenlängen CL(SCA) < 100 und in der Regel von etwa derselben Grosse wie die Polymerisationsgrade DP(SCA), wobei CL(SCA) < DP(SCA). Da für die verschiedenen Stärken nur in seltenen Fällen Angaben zum Gewichtsmittelwert CLw vorliegen, wird für eine vereinfachte Diskussion das Zahlenmittel CLn der Kettenlängenverteilung bzw. das Zahlenmittel DPn der Verteilung des Polymerisationsgrades verwendet. Generell ist CLw etwas grösser als CLn, wobei der Unterschied bei A-Seitenketten von Amylopektin nur gering ist, da diese eine enge Verteilung aufweisen, während der Unterschied bei SCA grösser ist und bei LCA sehr gross sein kann.The structural requirements for coupling the network to the amorphous or predominantly amorphous phase are given by the chain lengths CLw (A-AP) of the A side chains of the amylopectin fraction and by the chain lengths of the amylose 'fraction. The chain lengths CLw (A-AP) of A-side chains of amylopectin for amylopectins from starches with an amylose content <30 are in the range of around 10-20, while high amylose starches have somewhat longer chain lengths CLw (A-AP). Amyloses, on the other hand, can also have much longer chain lengths CLw (AM). For long chain amyloses (LCA), chain lengths CL (LCA) are typically in the range from 100 to 1000, with root and tuber starches having significantly longer chain lengths than cereal starches. For short chain amyloses (SCA), the chain lengths CL (SCA) <100 and generally of about the same size as the degrees of polymerization DP (SCA), where CL (SCA) <DP (SCA). Since information on the weight average CLw is only rarely available for the various starches, the number average CLn of the chain length distribution and the number average DPn of the distribution of the degree of polymerization are used for a simplified discussion. In general, CLw is slightly larger than CLn, although the difference in A-side chains of amylopectin is only slight because they have a narrow distribution, while the difference in SCA is larger and can be very large in LCA.
Die minimale Kettenlänge von Amylose CLn(AM) bzw. der minimale Polymerisationsgrad von Amylose DPn(AM), um mittels Amylose eine Kopplung eines Netzwerks mit der amorphen Phase zu erhalten, liegt etwa bei CLn(AM) - CLn(A-AP), d.h. bei etwa 10 - 20,- .wobei vorteilhafte Kopplungen bis etwa CLn(AM) ~ 100 möglich sind. Oberhalb dieses Wertes können auch Netzwerke entstehen, die nicht mit der amorphen Phase gekoppelt sind, d.h. vorwiegend aus Amylose bestehen. Diese Netzwerke weisen bezüglich der gestellten Anforderungen nächteilige Eigenschaften auf, bspw. Opazität bei höheren RF, Wasserunlöslichkeit, gegenüber gekoppelten Netzwerken deutlich reduzierte Bruchdehnungen und Zähigkeiten. Aus diesem Grund ist SCA als NS oder als Anteil von NS geeignet für die Herstellung von mit der amorphen Phase gekoppelten Netzwerken, wobei die Stabilität der die Netzwerkpunkte bildenden Kristallite, d.h. deren Grosse mit abnehmendem CLn(AM) bzw. DPn(AM) abnimmt und die Wasserlöslichkeit sowie die Transparenz des Stoffes zunimmt.The minimum chain length of amylose CLn (AM) or the minimum degree of polymerization of amylose DPn (AM) in order to use amylose to couple a network to the amorphous phase is approximately CLn (AM) - CLn (A-AP), ie around 10 - 20, - whereby advantageous couplings up to around CLn (AM) ~ 100 are possible. Above this value, networks can also arise which are not coupled to the amorphous phase, ie which consist predominantly of amylose. These networks have disadvantageous properties with regard to the requirements, for example opacity at higher RF, water insolubility, significantly reduced elongations at break and toughness compared to coupled networks. For this reason, SCA as NS or as a proportion of NS is suitable for the production of networks coupled to the amorphous phase, the stability of the crystallites forming the network points, ie their size, decreasing with decreasing CLn (AM) or DPn (AM) and the water solubility and the transparency of the substance increases.
Vorteilhafte Netzwerke werden erhalten mit Anteilen pscA von SCA in Gew. % dsb bezogen auf Amylopektin und SCA im Bereich von von 1 - 35, vorzugsweise 2 - 25, insbesondere 3 - 20, am bevorzugtesten 4 - 14 liegt.Advantageous networks are obtained with proportions psc A of SCA in% by weight dsb based on amylopectin and SCA in the range from 1-35, preferably 2-25, in particular 3-20, most preferably 4-14.
Weiterhin ist auch eine vorteilhafte Kopplung des Netzwerks mit der amorphen Phase beim Einsatz von LCA möglich, wenn deren netzwerkaktive Kettenlänge CLn,na(LCA) im Bereich der Kettenlänge von SCA liegt, d.h. < 100 ist.Furthermore, an advantageous coupling of the network with the amorphous phase is possible when LCA is used if its network-active chain length CLn, na (LCA) is in the range of the chain length of SCA, i.e. <100 is.
In die Kettenlänge CLn(AM) können durch chemische Reaktionen, insbesondere durch Substitution von Hydroxylgruppen der Anhydroclucose Monomereinheit, durch Oxidation oder Vernetzung, Irregularitäten eingeführt werden. Bei einer chemischen Reaktion im Schwerpunkt eines durch seine Kettenlänge CL charakterisierten Segments wird die netzwerkaktive Kettenlänge von CL auf 1/2CL halbiert. Daher ist es möglich, bspw. durch Hydroxypropylierung oder Acetylierung, auch auf Basis von LCA vorteilhafte Netzwerke zu erhalten. Vorteilhafte Substitutionsgrade (DS) liegen dabei im Bereich von etwa 0.01 - 0.50.Irregularities can be introduced into the chain length CLn (AM) by chemical reactions, in particular by substitution of hydroxyl groups of the anhydroclucose monomer unit, by oxidation or crosslinking. In the case of a chemical reaction in the center of gravity of a segment characterized by its chain length CL, the network-active chain length is halved from CL to 1 / 2CL. It is therefore possible to obtain advantageous networks, for example by hydroxypropylation or acetylation, also on the basis of LCA. Advantageous degrees of substitution (DS) are in the range of approximately 0.01-0.50.
Vorteilhafte Netzwerke werden erhalten mit Anteilen P CA von modifizierter LCA in Gew. % dsb bezogen auf Amylopektin und LCA im Bereich von 1 - 70, vorzugsweise 2 - 50, insbesondere 3 - 40 noch bevorzugter 4 - 35 , am bevorzugtesten 5 .- 30. Bei hohen Modifizierungsgraden liegen die Anteile PLCA im Vergleich mit niederen Modifizierungsgraden bei höheren Werten..Advantageous networks are obtained with proportions P CA of modified LCA in% by weight dsb based on amylopectin and LCA in the range 1-70, preferably 2-50, in particular 3-40, more preferably 4-35, most preferably 5-30. In the case of high degrees of modification, the proportions of PLCA are higher than in the case of low degrees of modification.
Schliesslich können vorteilhafte Netzwerke basierend auf LCA mit CLn, na > 100 erhalten werden, wenn hierfür durch Verfahrensmassnahmen geeignete Bedingungen geschaffen werden wie bspw. Formgebung bei vergleichsweise tiefen Wassergehalten bzw. tiefen Temperaturen und/oder Wärmebehandlung bei RF im Bereich 20 - 60% und/oder Zugabe von RHS, wobei die (grossräumige) Assoziation der Amylose zu Amylose-Netzwerken unterdrückt und die (kleinräumige) Assoziation der Amylose mit A-Seitenketten von Amylopektin favorisiert wird. Aktivierung und Stabilisation der NS beim SCP und SDP VerfahrenFinally, advantageous networks based on LCA with CLn, na> 100 can be obtained if suitable conditions are created for this through process measures, such as shaping at comparatively low water contents or low temperatures and / or heat treatment with RF in the range 20-60% and / or addition of RHS, the (large-scale) association of amylose to amylose networks being suppressed and the (small-scale) association of amylose with A-side chains being favored by amylopectin. Activation and stabilization of the NS in the SCP and SDP procedure
Zur Einstellung eines definierten Netzwerks wird NS und gegebenenfalls VS vor oder während dem Mischen mit VS aktiviert und insbesondere stabilisiert. Durch die Aktivierung wird erreicht, dass die in NS enthaltene Amylose in amorphem Zustand vorliegt, sodass nach der Mischung mit VS eine Rekombination stattfinden kann, welche zu einem Netzwerk führt. Durch die Stabilisierung wird eine Einflussnahme auf den Beginn der Netzwerkbildung und die Art des Netzwerks ermöglicht.To set a defined network, NS and possibly VS are activated and, in particular, stabilized before or during mixing with VS. The activation ensures that the amylose contained in NS is in an amorphous state, so that after mixing with VS a recombination can take place, which leads to a network. The stabilization makes it possible to influence the start of network formation and the type of network.
Je höher der Wassergehalt und je grösser die Scherkräfte während dem Plastifizierungs- oder Lösevorgang, umso tiefer sind die notwendigen Temperaturen. Von besonderer Bedeutung ist eine Aktivierung verbunden mit einer Stabilisation der NS. Die Stabilisation wird durch eine Überhitzung der Amylose auf Temperaturen oberhalb des Schmelz- oder Lösevorgangs erreicht. Ausserdem können Fremdnukleierungsmittel und/oder Methoden zur Erzeugung von geeigneten Keimen mittels Unterkühlung der aktivierten NS eingesetzt werden. Bezüglich Aktivierung Stabilisierung, Keimbildung, Unterkühlung und Fremdnukleierungsmittel wird für detaillierte Angaben auf die Patentanmeldungen WO 03/035026 A2 und WO 03/035044 A2 verwiesen.The higher the water content and the greater the shear forces during the plasticizing or dissolving process, the lower the temperatures required. Activation combined with stabilization of the NS is of particular importance. Stabilization is achieved by overheating the amylose to temperatures above the melting or dissolving process. In addition, foreign nucleating agents and / or methods for generating suitable germs can be used by supercooling the activated NS. With regard to activation, stabilization, nucleation, hypothermia and foreign nucleating agents, reference is made to the patent applications WO 03/035026 A2 and WO 03/035044 A2 for detailed information.
Durch die Stabilisation kann die Temperatur der Rekombination der Amylose zum gewünschten Netzwerk zu tiefen Temperaturen hin eingestellt werden. Je höher die Stabili- sierungs- bzw. Überhitzungstemperatur, bei umso tieferer Temperatur findet bei gleichem Wasser und Weichmachergehalt die Rekombination bzw. die Netzwerkbildung statt. Dies ist insbesondere für die Herstellung von Weichkapseln wichtig, wo das Netzwerk erst nach der Herstellung der Kapseln entstehen soll, weil einerseits ein vorzeitig ausgebildetes Netzwerk die Dehnbarkeit des Films beeinträchtigen und eine Verschweissung verunmöglichen kann und andererseits bei der Netzwerkbildung bei oder nach der Formgebung erreicht wird, dass das Netzwerk die Schweissnaht verstärkt, indem die Netzwerkbildung über die Schweissnaht hinweg kontinuierlich ist.The temperature of the recombination of the amylose to the desired network can be adjusted to low temperatures by the stabilization. The higher the stabilization or overheating temperature, the lower the temperature the recombination or network formation takes place with the same water and plasticizer content. This is particularly important for the production of soft capsules, where the network should only arise after the capsules have been produced, because on the one hand a prematurely formed network can impair the stretchability of the film and make welding impossible, and on the other hand the network formation during or after shaping is achieved that the network strengthens the weld seam, since the network formation is continuous across the weld seam.
Hier besteht ein essentieller Unterschied zur Herstellung von Gelatine-Weichkapseln, welche ausgehend von gelierter Gelatine, d.h. von Gelatine, die bereits ein Netzwerk aufweist, geformt und verschweisst werden, sodass das Gel bzw. das Netzwerk an der Schweissnaht diskontinuierlich ist. Naturgemäss ist deshalb die Schweissnaht von Gelatine-Kapseln eine Schwachstelle.There is an essential difference here from the production of soft gelatin capsules, which are formed and welded on the basis of gelatinized gelatin, ie gelatin which already has a network, so that the gel or the network on the Weld is discontinuous. Naturally, the weld seam of gelatin capsules is a weak point.
Löslichkeit und Zerfall in wässrigen MedienSolubility and decay in aqueous media
Durch die Einführung eines Netzwerks ist es möglich, hohe Weichmachergehalte einzustellen, wodurch bei niedrigen Luftfeuchtigkeiten die Sprödigkeit der Kapseln überwunden werden kann und gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften im Bereich der hohen Luftfeuchtigkeiten noch gewährleistet sind. Da bekannte Netzwerke jedoch die Transparenz beeinträchtigen und zu "Wasserunlöslichkeit führen, sind damit zwei grundlegende Anforderungen nicht erfüllt.The introduction of a network makes it possible to set high plasticizer contents, which means that the brittleness of the capsules can be overcome at low atmospheric humidity and at the same time the mechanical properties in the area of high atmospheric humidity are still guaranteed. However, since known networks impair transparency and lead to " water insolubility", two basic requirements are not met.
Dieses Problem konnte einerseits gelöst werden indem Netzwerke mit niederen Netzwerkdichten eingestellt werden, wobei die Transparenz kaum beeinträchtigt wird, das Netzwerk im gequollenem Zustand in Wasser zerfallen kann und noch ein hinreichender Beitrag zu den mechanischen Eigenschaften insbesondere bei hohen Luftfeuchtigkeiten gewährleistet ist. Der Spielraum wird dabei jedoch eingeschränkt und kann das Potential des Netzwerks nicht voll genutzt werden. Es wurde deshalb andererseits nach Möglichkeiten gesucht, Wasserlöslichkeit und Transparenz auch bei höheren Netzwerkdichten zu erhalten.This problem could be solved on the one hand by setting networks with low network densities, whereby the transparency is hardly impaired, the network can disintegrate in water when swollen and a sufficient contribution to the mechanical properties is guaranteed, especially in high humidity. However, the scope is limited and the potential of the network cannot be fully exploited. On the other hand, therefore, possibilities were sought to maintain water solubility and transparency even with higher network densities.
Wie bereits erwähnt, kommt dabei der Steuerung der Abmessungen der die Netzwerkpunkte konstituierenden Kristallite eine Schlüsselrolle zu. Eine Einflussnahme ist durch Verfahrensmassnahmen, insbesondere durch Wärmebehandlungen und/oder durch stoffliche Voraussetzungen möglich. Bei mittleren RF und tieferen Temperaturen werden infolge der eingeschränkten Diffusion der Makromoleküle kleinere Kristallite erhalten als bei höheren RF und höheren Temperaturen.As already mentioned, the control of the dimensions of the crystallites constituting the network points plays a key role. An influence is possible through process measures, in particular through heat treatments and / or through material requirements. At medium RF and lower temperatures, smaller crystallites are obtained due to the limited diffusion of the macromolecules than at higher RF and higher temperatures.
Da SCA mit DPn von beispielsweise 24 in kristallisierter Form, wobei die SCA als Helix mit rund 6 - 8 Monomereinheiten pro Drehung und einer Länge pro Drehung von rund O.δnm vorliegt, eine Länge von rund 3x0.8nm = 2.4nm aufweist ist die minimale Grosse der durch Kombination solcher SCA mit A-Seitenketten von Amylopektin gebildeten Kristalliten mit rund 2.4nm gegeben, wobei die A-Seitenketten mit der SCA vergleichbar sind. Diese Grosse liegt weit unterhalb der für Transparenz geforderten 500nm und ausserdem sind solche Kristallite im Wasserüberschuss bei 37°C instabil. Mit der Wahl des Molekulargewichts der SCA kann daher sowohl die Transparenz als auch die Wasserlöslichkeit bzw. der Zerfall in Wasser günstig beeinflusst werden. Mit zunehmendem DPn von SCA steigt die Tendenz zur Bildung von Kristallit Agglomeraten, wobei Transparenz, Wasserlöslichkeit und auch die Zähigkeit beeinträchtigt wird. Dieser Trend setzt sich auch für DPn > 100, d.h. für LCA fort, weshalb SCA insbesondere mit niederen Polymerisationsgraden DPn bevorzugt wird oder höhermolekulare Amylose mit bsw. durch Substitution entsprechend eingeschränkter netzwerkaktiven Kettenlänge CLn, na.Since SCA with DPn of, for example, 24 in crystallized form, with the SCA as a helix with around 6 - 8 monomer units per rotation and a length per rotation of around O.δnm, the length is around 3x0.8nm = 2.4nm The size of the crystallites formed by combining such SCA with A-side chains of amylopectin is around 2.4 nm, the A-side chains being comparable to the SCA. This size is far below the 500nm required for transparency and such crystallites are also unstable in excess water at 37 ° C. With the choice of the molecular weight of the SCA, both the transparency and the water solubility or the decay in water can be influenced favorably. With increasing DPn of SCA, the tendency to form crystallite agglomerates increases, whereby transparency, water solubility and also the toughness are impaired. This trend also continues for DPn> 100, ie for LCA, which is why SCA is preferred in particular with lower degrees of polymerization DPn or higher molecular weight amylose with bsw. by substituting corresponding reduced network-active chain length CLn, na.
Der Zusammenhang zwischen der Länge von linearen Polymeren im kristallinen Zustand und der Grosse der entsprechenden Kristallite (Lamellendicke) ist im Bereich der synthetischen Polymeren bekannt, im Bereich der Polysaccharide wurde jedoch bisher noch nicht erkannt, dass diese Gesetzmässigkeit vorteilhaft genutzt werden kann, insbesondere für Netzwerke von hoher mechanischer Stabilität und Elastizität, welche dennoch in Wasser zerfallen können.The relationship between the length of linear polymers in the crystalline state and the size of the corresponding crystallites (lamella thickness) is known in the field of synthetic polymers, but it has not yet been recognized in the field of polysaccharides that this law can be used to advantage, especially for networks of high mechanical stability and elasticity, which can nevertheless disintegrate in water.
Grössere Kristallite können durch Agglomerate oder beim Einsatz von SCA oder LCA mit höherem DPn entstehen. Insbesondere bei LCA können zu geringe Verzweigungsgrade Qb nachteilig sein, zu Opazität und Wasserunlöslichkeit führen, bzw. einen Zerfall nach Quellung verhindern. Allerdings können auch mit höhermolekularen SCA und LCA Transparenz und Wasserlöslichkeit erhalten werden, wenn bspw. diese Amylosen substituiert, die netzwerkaktive Kettenlänge CLn, na reduziert sind und/oder geeignete Verfahrensmassnahmen vorgenommen werden, insbesondere die Regelung des Wassergehalts hin zu tiefen Werten und/oder Wärmebehandlung bei vergleichsweise-tiefen RF im Anschluss an die Herstellung. D.h. dieselben Faktoren, welche die Erzeugung von vorteilhaften Netzwerken, insbesondere mit der amorphen Phase gekoppelte Netzwerke ermöglichen, wirken sich auch positiv auf die Wasserlöslichkeit und die Transparenz aus. Vollständige Wasserlöslichkeit ist keine notwendige Bedingung für die Freisetzung eines Wirkstoffs, ein Zerfall des Materials kann ebenso die Freisetzung ermöglichen. Im Zusammenhang dieser Erfindung wird, da gewisse Typen des zähelastischen Werkstoffs sich nicht vollständig lösen, sondern zerfallen, unter Wasserlöslichkeit auch Zerfall verstanden. Die Wasserlöslichkeit wird primär durch die erwähnten Massnahmen betreffend Rezeptur und Verfahren bestimmt, sekundär ist auch eine positive Einflussnahme auf die Wasserlöslichkeit durch den Einsatz folgender Stoffe möglich:Larger crystallites can result from agglomerates or when using SCA or LCA with higher DPn. In the case of LCA in particular, branching degrees Qb which are too low can be disadvantageous, lead to opacity and water-insolubility, or prevent decomposition after swelling. However, transparency and water solubility can also be obtained with higher molecular weight SCA and LCA if, for example, these amyloses are substituted, the network-active chain length CLn, na is reduced and / or suitable process measures are taken, in particular the regulation of the water content down to low values and / or heat treatment with comparatively low RF after the production. Ie the same factors that enable the generation of advantageous networks, in particular networks coupled to the amorphous phase, also have a positive effect on water solubility and transparency. Complete solubility in water is not a necessary condition for the release of an active ingredient; disintegration of the material can also enable the release. In the context of this invention, since certain types of the viscoplastic material do not completely dissolve, but rather disintegrate, water solubility also means disintegration. Solubility in water is primarily determined by the above-mentioned measures relating to recipe and process; secondly, a positive influence on water solubility is also possible by using the following substances:
Retrogradationshemmende Stoffe (RHS)Retrogradation-inhibiting substances (RHS)
RHS können sowohl für zähelastische Werkstoffe auf Basis von VS alleine oder einer Kombination von VS und NS vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei kommen grundsätzlich Stoffe von guter Wasserlöslichkeit, die mit einem netzwerkfähigen Stärke Fluid (NSF) mischbar sind. Die retr'ogradationshemmende Wirkung dieser Stoffe beruht einerseits auf der Reduktion des für die Stärke als Weichmacher zur Verfügung stehenden Wassers, sowie in der Verdünnung der Stärke Phase, wodurch in beiden Fällen die Diffusion der Stärke Makromoleküle erschwert wird, und der hinsichtlich einer Kristallisation bestehenden Inkompatibilität von RHS und Stärke. Beispiele für geeignete RHS sind Zuckerarten wie Glucose, Galactose, Fructose, Sucrose, Maltose, Trehalose, Lactose, Lactulose, Raf- finiose, Glucose Sirup, High Maltose Com Sirup, High Fructose Com Sirup, Hydrogenisier- te Stärke Hydrolysate et. ausserdem Polydextrose, Glycogen, Oligosaccharide, Mischungen von Oligosachariden, insbesondere mit DE > 20, vorzugsweise > 25, noch bevorzugter > 30, am bevorzugtesten > 70, Maltodextrine, Dextrine, Pyrodextrine, insbesondere mit Verzweigungsgraden Qb > 0.05, vorzugsweise > 0.10, noch bevorzugter > 0.15, am bevorzugtesten > 0.3.RHS can be used to advantage for tough elastic materials based on VS alone or a combination of VS and NS. Basically, there are substances of good water solubility that can be mixed with a network-compatible starch fluid (NSF). The retr 'ogradationshemmende action of these substances is partly due to the reduction of the property of the strength as a plasticizer the water available, as well as in the dilution of the starch phase, whereby the diffusion of the starch macromolecules is difficult in both cases, and with respect to a crystallization existing incompatibility of RHS and strength. Examples of suitable RHS are types of sugar such as glucose, galactose, fructose, sucrose, maltose, trehalose, lactose, lactulose, refiniosis, glucose syrup, high maltose com syrup, high fructose com syrup, hydrogenated starch hydrolysates et. furthermore polydextrose, glycogen, oligosaccharides, mixtures of oligosaccharides, in particular with DE> 20, preferably> 25, more preferably> 30, most preferably> 70, maltodextrins, dextrins, pyrodextrins, in particular with degrees of branching Qb> 0.05, preferably> 0.10, even more preferably > 0.15, most preferably> 0.3.
RHS verbessern darüber hinaus auch per se die Wasserlöslichkeit, beeinflussen teilweise das Sorptionsverhalten günstig und insbesondere die Zuckerarten senken die Sauerstoffpermeabilität beträchtlich, weshalb sich auch aus diesem Grund , besonders vorteilhaft sind. Wenn retrogradationshemmende Stoffe die Retrogradation nicht vollständig zu unterdrücken vermögen, so ermöglichen insbesondere Dextrine, Pyrodextrine, Maltodextrine, Oligosaccharide und Glycogen eine Steuerung der Abmessungen der durch Retrogradation entstandenen Kristallite hin zu Dimensionen, wobei die Transparenz nicht beeinträchtigt wird und Wasserlöslichkeit bzw. Zerfall in Wasser erreicht werden kann.RHS also improve the water solubility per se, in some cases have a favorable influence on the sorption behavior and in particular the types of sugar reduce the oxygen permeability considerably, which is why they are particularly advantageous for this reason. If retrogradation-inhibiting substances are unable to completely suppress retrogradation, dextrins, pyrodextrins, maltodextrins, oligosaccharides and glycogen in particular enable the dimensions of the crystallites produced by retrogradation to be controlled down to dimensions, whereby the transparency is not impaired and water solubility or decomposition in water is achieved can be.
Sprengmittel (SM)Explosives (SM)
Als Sprengmittel kommen entsprechend dem Stand der Technik in der Galenik verwendete Spreng- oder Zerfallshilfsmittel in Frage, insbesondere Füllstoffe, welche unter Wasser- aufnähme ein Gas entwickeln und/oder stark quellen, wodurch das Netzwerk mechanisch destabilisiert wird und zerfällt. Beispiele sind Carbonate und Hydrogencarbonate der Alkali- und Erdalkaliionen, insbesondere Calciumcarbonat, sowie Soja Proteine (bspw. Emco- soy) oder vorzugsweise stark quellende Stärkepartikel wie Natriumglycolate (Natrium Salz von Carboxymethylether Stärke), bspw. Explotab, Vivastar oder Primojel. Ausserdem kommen auch Salze in Frage.In accordance with the state of the art, disintegrants or disintegrants used in galenics are suitable as disintegrants, in particular fillers which are immersed in water. absorb a gas and / or swell strongly, which mechanically destabilizes and disintegrates. Examples are carbonates and hydrogen carbonates of the alkali and alkaline earth ions, in particular calcium carbonate, and soy proteins (for example Emco-soy) or preferably strongly swelling starch particles such as sodium glycolates (sodium salt of carboxymethyl ether starch), for example Explotab, Vivastar or Primojel. Salts can also be used.
Lösungsmittel (LM)Solvent (LM)
Unter Lösungsmittel werden insbesondere nicht-Stärke Polysaccharide bzw. Hydrocolloide verstanden, welche eine gute Wasserlöslichkeit oder eine starke Quellbarkeit in Wasser aufweisen und mit NSF mischbar sind oder als separate Phase darin vorliegen.Solvents are understood in particular as non-starch polysaccharides or hydrocolloids which have good water solubility or strong swellability in water and are miscible with NSF or are present as a separate phase therein.
Optische EigenschaftenOptical properties
Massnahmen, die eine Löslichkeit von Netzwerken in Wasser bzw. Magensaft bei 37°C ermöglichen auch die Einstellung von Transparenz, welche bei üblichen Netzwerken problematisch ist (Opazität). Die entsprechenden Massnahmen wurden bereits erwähnt. Somit kann bis hin zu rund 85% und höher eine Transparenz von hoher Qualität erhalten werden, vergleichbar mit Gelatine. Während Gelatine eine gelblich bis bräunliche Eigenfärbung aufweist, sind Filme bestehend aus dem zähelastischen Werkstoff praktisch vollständig farblos. Werden Pyrodextrine mit gelblich bis bräunlicher Färbung zu deutlichen Anteilen eingesetzt, wird etwa die Farbtönung von Gelatine erhalten.Measures that make networks soluble in water or gastric juice at 37 ° C also enable the setting of transparency, which is problematic in conventional networks (opacity). The corresponding measures have already been mentioned. This means that transparency of high quality can be obtained up to around 85% and higher, comparable to gelatin. While gelatin has a yellowish to brownish intrinsic color, films made from the tough elastic material are practically completely colorless. If pyrodextrins with a yellowish to brownish color are used to a significant extent, the color shade of gelatin is obtained.
Zur Farbgebung können die gängigen natürlichen oder synthetischen Farbstoffe eingesetzt werden, wie sie bsw. zur Farbgebung von Gelatine Kapseln eingesetzt werden.The usual natural or synthetic dyes, such as those used for coloring, can be used. can be used to color gelatin capsules.
Betreffend der Bedruckbarkeit weist Stärke gegenüber Gelatine Vorteile auf. Dies ist verständlich, da Stärke in grossen Mengen in der Papierindustrie eingesetzt wird, wodurch u.a. die Bedruckbarkeit von Papier verbessert werden kann.In terms of printability, starch has advantages over gelatin. This is understandable because starch is used in large quantities in the paper industry, which means that the printability of paper can be improved.
Oberflächen EigenschaftenSurface properties
Die Klebrigkeit ist vor dem Einsetzen der Netzwerkbildung gegenüber Gelatine reduziert, da Gelatine zu diesem Zeitpunkt einen sehr viel höheren Wassergehalt aufweist. Mit der Ausbildung des Netzwerks wird die Klebrigkeit kontinuierlich reduziert, nach Abschluss der Netzwerkbildung liegt praktisch keinerlei Klebrigkeit vor.The stickiness is reduced compared to gelatin before the onset of network formation, since gelatin has a much higher water content at this point in time. With the The formation of the network reduces the stickiness continuously, after the completion of the network there is practically no stickiness.
Schlagzähigkeitimpact strength
Dieselbe Probe kann bei geringer Beanspruchungsgeschwindigkeit zäh erscheinen und bei hoher Beanspruchungsgeschwindigkeit ausgesprochen spröde. Dies ist ganz besonders bei Stoffen auf Basis von Stärke der Fall und im Bereich des Übergangs von sprödem zu zähem Verhalten. Da in der Praxis auch hohe Beanspruchungsgeschwindigkeiten vorkommen, ist die Schlagzähigkeit ausschlaggebend. Neben der Schlagzähigkeit, die als auf den Probenquerschnitt bezogene beim Bruch absorbierte Energie (Schlagarbeit) ausgedrückt wird, ist auch die Dehnung der Probe bis zum Bruch ε« als ein Mass für die Verformbarkeit bzw. Zähigkeit bei schlagartiger Beanspruchung relevant. Vom erfindungsge- mässen zähelastischen Werkstoff auf Stärkebasis wurden bei rund 33% RF erstaunlich hohe Schlagzähigkeiten K bis 1000mJ/mm2 und mehr erhalten, bei Dehnungen ει< von rund 25%, während unter denselben Bedingungen TPS Schlagzähigkeiten von typischerweise um 10mJ/mm2 bei ε« ~ 0% und Weichkapselgelatinen Schlagzähigkeiten um 400 mJ/mm2 und εκ ~ 25% aufweisen. Wie bereits erwähnt, ist die geringe Zähigkeit bzw. die ausgeprägte Sprödigkeit von TPS-Weichkapseln das zentrale Problem, wodurch die entsprechende Technologie nur stark eingeschränkt genutzt werden kann.The same sample can appear tough at low speeds and extremely brittle at high speeds. This is particularly the case with substances based on starch and in the area of the transition from brittle to tough behavior. Since high stress speeds also occur in practice, the impact strength is crucial. In addition to the impact strength, which is expressed as the energy absorbed during the break (impact work) in relation to the cross section of the sample, the elongation of the sample up to the break ε «is also relevant as a measure of the deformability or toughness in the case of sudden stress. From the viscous elastic material based on starch according to the invention, astonishingly high impact strengths K of up to 1000 mJ / mm 2 and more were obtained at around 33% RH, with strains ει <of around 25%, while under the same conditions TPS impact strengths of typically around 10 mJ / mm 2 were obtained ε «~ 0% and soft capsule gelatins have impact strengths of around 400 mJ / mm 2 and ε κ ~ 25%. As already mentioned, the low toughness or the pronounced brittleness of TPS soft capsules is the central problem, which means that the corresponding technology can only be used to a very limited extent.
Die Zähigkeit von TPS wie auch vom erfindungsgemässen zähelastischen Werkstoff wird bei einer bestimmten RF primär durch die Glasumwandlungstemperatur Tg bestimmt. Die Glasumwandlungstemperatur ist eine Möglichkeit zur Charakterisierung eines kontinuierlichen Phasenübergangs in amorpher Materie, gekennzeichnet durch eine Zunahme von Freiheitsgraden der Komponenten resultierend beispielsweise in erhöhter Wärmekapazität, thermischer Ausdehnung, Flexibilität oder erhöhter Zähigkeit, wobei die jeweiligen Übergangstemperaturen deutliche Unterschiede aufweisen können und bei konstanter Temperatur ein entsprechender Übergang der Eigenschaft in Abhängigkeit des Weichmachergehalts beobachtet werden kann. Zur Auswahl des optimalen Weichmachers oder der optimalen Weichmacherkombination ist der Übergang bezüglich der Zähigkeit in Abhängigkeit der RF bei RT, RFz, entscheidend. RFz liegt für zähe Stärkemischungen bei < 30%, vorzugsweise < 20%, d.h. bei diesen relativ tiefen RF weist der Werkstoff bereits rund die Hälfte der maximalen Zähigkeit auf. Wird als Weichmacher Glycerin eingesetzt, liegt im Bereich 20 - 40% Glycerin, abhängig von VS, NS und anderen Rezepturparametern wie bspw. retrogradationshemmenden Stoffen, RFZ im Bereich von 15 - 30%, wodurch eine ausreichende Zähigkeit im problematischen Bereich der niederen RF gewährleistet ist.The toughness of TPS as well as of the tough elastic material according to the invention is primarily determined by the glass transition temperature Tg for a certain RF. The glass transition temperature is one way of characterizing a continuous phase transition in amorphous matter, characterized by an increase in the degrees of freedom of the components, resulting, for example, in increased heat capacity, thermal expansion, flexibility or increased toughness, the respective transition temperatures being able to have marked differences and a corresponding one at constant temperature Transition of the property depending on the plasticizer content can be observed. For the selection of the optimal plasticizer or the optimal plasticizer combination, the transition with regard to toughness as a function of the RF at RT, RFz, is decisive. For tough starch mixtures, RFz is <30%, preferably <20%, ie with these relatively low RF the material already has around half the maximum toughness. If glycerin is used as the plasticizer, the range is 20 - 40% glycerin, depending on VS, NS and other formulation parameters such as For example, retrogradation-inhibiting substances, RF Z in the range of 15-30%, which ensures sufficient toughness in the problematic area of the lower RF.
Die Zähigkeit des zähelastischen Werkstoffs kann ausserdem weiter verbessert werden, insbesondere bei RF < 33%, indem ein Anteil von Polyvinylalkohol (PVA) zugemischt wird, insbesondere ein Anteil in Gew.% im Bereich von 1 - 50, vorzugsweise 1.5 - 30, noch bevorzugter 2 - 20, insbesondere 3 - 15, am bevorzugtesten 3 - 10. Grundsätzlich kommen beliebige PVA-Typen in Frage, bevorzugt werden PVA-Typen mit Hydrolysegraden < 90%, noch bevorzugter < 80%, wobei PVA bevorzugt in gelöster Form dem NSF zugemischt wird.The toughness of the tough elastic material can also be further improved, in particular at RF <33%, by adding a proportion of polyvinyl alcohol (PVA), in particular a proportion in% by weight in the range from 1-50, preferably 1.5-30, more preferably 2-20, in particular 3-15, most preferably 3-10. In principle, any PVA types are possible, preference is given to PVA types with degrees of hydrolysis <90%, more preferably <80%, PVA preferably being added to the NSF in dissolved form becomes.
Wärmebehandlung und AlterungsbeständigkeitHeat treatment and aging resistance
Als Wärmebehandlung wird ein Verfahren bezeichnet, wobei der Werkstoff in einer Atmosphäre gelagert wird und die Atmosphäre einen Verlauf der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur in Funktion der Zeit aufweist. Mit der Wärmebehandlung kann die Netzwerkbildung und gegebenenfalls die Retrogradation in der gefertigten Kapsel gesteuert werden. Bei RT und im Bereich von etwa 0 - 30% RF wird die Netzwerkbildung unterdrückt, während sie im Bereich von etwa 60 - 90% RF mit zunehmender Geschwindigkeit abläuft. Bei zu hohen RF kann Trübung auftreten, weshalb Wärmebehandlungen vorteilhaft im mittleren Bereich der Luftfeuchtigkeit durchgeführt werden. Durch Einstellung von Temperaturen oberhalb RT kann die Wärmebehandlung verkürzt werden, wobei die geeigneten RF mit zunehmender Temperatur abnehmen. Die Zeitdauer der Wärmebehandlung hängt von der exakten Rezeptur und insbesondere vom Polymerisationsgrad der Amylose ab und liegt im Bereich von Stunden bis Tagen. Auch hier ermöglicht SCA gegenüber LCA Vorteile, d.h. kurze Wärmebehandlungszeiten. Infolge der grösseren Beweglichkeit der kürzeren Moleküle kann eine Wärmebehandlung auch entfallen.A process is referred to as heat treatment, in which the material is stored in an atmosphere and the atmosphere has a course of air humidity and temperature as a function of time. The heat treatment can be used to control the network formation and, if necessary, the retrogradation in the capsule produced. The network formation is suppressed at RT and in the range of about 0-30% RF, while it takes place with increasing speed in the range of about 60-90% RF. If the RF is too high, turbidity can occur, which is why heat treatments are advantageously carried out in the middle range of air humidity. By setting temperatures above RT, the heat treatment can be shortened, the suitable RF decreasing with increasing temperature. The duration of the heat treatment depends on the exact formulation and in particular on the degree of polymerization of the amylose and is in the range from hours to days. Here too, SCA offers advantages over LCA, i.e. short heat treatment times. Due to the greater mobility of the shorter molecules, heat treatment can also be omitted.
Darüber hinaus wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, um Umlagerungsvorgänge gezielt vorwegzunehmen, die ansonsten unkontrolliert ablaufen würden. Konstante Produkteigenschaften und Langzeitstabilität können hierdurch erhalten werden. ZusatzstoffeIn addition, heat treatment is carried out in order to specifically anticipate rearrangement processes that would otherwise take place in an uncontrolled manner. This enables constant product properties and long-term stability to be maintained. additives
Als Zusatzstoffe können Additive und/oder Füllstoffe und/oder resistente Stärken dem zähelastischen Werkstoff zugemischt werden. Diesbezüglich wird auf die Patentanmeldungen WO 03/035026 A2 und WO 03/035044 A2, sowie auf die für die vorliegende Anmeldung prioritätsbegründende DE-Patentenanmeldung vom 28.03.2003 mit Aktenzeichen 103 14 418.8 verwiesen.Additives and / or fillers and / or resistant starches can be added to the tough-elastic material as additives. In this regard, reference is made to the patent applications WO 03/035026 A2 and WO 03/035044 A2, as well as to the DE patent application dated 28.03.2003 which gives priority to the present application with reference 103 14 418.8.
Verfahrenmethod
Bezüglich verschiedener Verfahren zur Herstellung von Netzwerken auf Stärkebasis wird auf die Patentanmeldungen WO 03/035026 A2 und WO 03/035044 A2, bezüglich der Herstellung mittels eines Vorprodukt auf die für die vorliegende Anmeldung prioritätsbegründende DE-Patentenanmeldung vom 28.03.2003 mit Aktenzeichen 103 14 418.8 verwiesen.With regard to various processes for the production of networks based on starch, reference is made to the patent applications WO 03/035026 A2 and WO 03/035044 A2, and with regard to the production by means of a preliminary product to the DE patent application dated 28.03.2003 which gives priority to the present application and has the file number 103 14 418.8 directed.
Die Verfahrenskosten im Bereich Weichkapseln sind bis auf den Trocknungsvorgang vergleichbar mit den Verfahrenskosten von Gelatine-Kapseln. Da Kapseln basierend auf dem zähelastischen Werkstoff im Vergleich mit Gelatine mit deutlich tieferem Wassergehalt hergestellt werden, kann der Trocknungsvorgang reduziert werden. Bei optimierten Verfahrensparametern kann er sogar gänzlich entfallen.The process costs in the area of soft capsules are comparable to the process costs of gelatin capsules, except for the drying process. Since capsules are made based on the viscoplastic material with significantly lower water content compared to gelatin, the drying process can be reduced. With optimized process parameters, it can even be omitted entirely.
Rohstofferaw materials
Die zur Lösung der gestellten Aufgabe gewählte Struktur erlaubt "grundsätzlich verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten, wobei die Parameter der Lösung jeweils angepasst und optimiert werden können. Für die Realisierung auf Stärkebasis steht mit dem weiten Spektrum von kommerziell erhältlichen Stärken ein grösser Spielraum zur Verfügung (grosse Stärke Hersteller bieten typischerweise > 100 verschiedenartige Stärken an, insgesamt sind > 1000 individuelle Stärke Typen und Qualitäten, oft mit graduell abgestuften Eigenschaften, auf dem Markt erhältlich). Daher sind eine beachtliche Zahl an individuellen Lösungen mittels spezifischen Rezepturen und angepassten Verfahrensvarianten möglich. Verschiedene in Frage kommende Stärken sind in der Beschreibung aufgeführt. Insbesondere sind auch Lösungen basierend auf günstigen Massenstärken (commodity starches) von Lebensmittelqualität umsetzbar und können neben dem Rohstoffpreis weite- re Anforderungen betreffend Verfügbarkeit, Reinheit oder GMO-Freiheit berücksichtigt werden, Randbedingungen, die sich im Laufe der Zeit auch ändern können. Insgesamt ist der Preisvorteil für Lösungen basierend auf Rohstoffen von Lebensmittelqualität gegenüber Gelatine mit einem Faktor 2 - 7 beachtlich.The structure chosen to solve the task basically allows "various implementation options, whereby the parameters of the solution can be adapted and optimized in each case. For the implementation on the basis of starch there is greater scope with the wide range of commercially available starches (great starch manufacturers offer typically> 100 different starches, a total of> 1000 individual starch types and qualities, often with gradually graded properties, are available on the market. Therefore, a considerable number of individual solutions are possible using specific recipes and adapted process variants are listed in the description, in particular solutions based on cheap mass starches (commodity starches) of food quality can also be implemented and, in addition to the raw material price, Re requirements regarding availability, purity or GMO freedom are taken into account, boundary conditions that can also change over time. Overall, the price advantage for solutions based on raw materials of food quality compared to gelatin is remarkable with a factor of 2 - 7.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht primär in der Auswahl einer hierfür geeigneten Struktur und der Nutzung verschiedener Polymerer Strukturen und von Mechanismen wie Kristallisation, Keimbildung, Netzwerkbildung oder Wärmebehandlung, wodurch ein vorteilhaftes Eigenschaftsspektrum erhalten werden kann. Die Erfindung offenbart einen neuen zähelastischen Werkstoff auf Basis von Stärke, der im Vergleich mit Gelatine eine flachere Sorptionsisotherme, sowie eine flachere Desorptionsisotherme aufweist, wobei die Gleichgewichtswassergehalte generell bei tieferen Werten liegen. Damit ist der unvermeidbare Einfluss der RF grundsätzlich reduziert, womit die Variationsbreite der Materialeigenschaften des zähelastischen Werkstoffs gegenüber anderen für Kapseln und essbare Filme in Frage kommende Stoffe reduziert ist und der Anwendungsbereich erweitert ist.The solution to the problem consists primarily in the selection of a suitable structure and the use of various polymer structures and mechanisms such as crystallization, nucleation, network formation or heat treatment, as a result of which an advantageous range of properties can be obtained. The invention discloses a new viscoplastic material based on starch which, in comparison with gelatin, has a flatter sorption isotherm and a flatter desorption isotherm, the equilibrium water contents generally being lower. This reduces the inevitable influence of RF, which reduces the range of material properties of the viscoplastic material compared to other substances that are suitable for capsules and edible films, and extends the range of applications.
Der zähelastischen Werkstoff weist bei tiefen RF eine erstaunliche Zähigkeit auf, welche bsw. gegenüber TPS, wo die Zähigkeit kritisch, d.h. der limitierende Faktor ist, um einen Faktor von > 100 verbessert ist und gleichzeitig kann bei hohen RF eine gute Formstabilität, d.h. ein hoher E-Modul erhalten werden. Bezüglich der Balance zwischen Zähigkeit und Formstabilität konnte sogar ein im Vergleich mit Gelatine besseres Eigenschaftsprofil erreicht werden. Ausserdem können tiefere Sauerstoffpermeabilitäten eingestellt werden, wodurch das Spektrum der Applikationsmöglichkeiten gegenüber gängigen Gelatine und TPS zusätzlich vergrössert werden kann (z.B. oxidationsempfindliche Wirkstoffe). Infolge des verbesserten Sorptionsverhaltens wird auch die Wasseraufnahme reduziert, wodurch ebenfalls die Applikationsmöglichkeiten vergrössert werden. Das verbesserte Sorptionsverhalten und die reduzierte Sauerstoffpermeabilität verbessern bsw. die Haltbarkeit von Kapsel Formulierungen (Galenik, Aroma, Parfüm). Weiter sind die eingesetzten Stärken breit verfügbar und von hoher Reinheit, gegenüber Gelatine um einen Faktor 2 bis 7 günstiger und können schiiesslich auch die Verfahrenskosten gegenüber Gelatine Kapseln infolge eines vereinfachten oder gänzlich überflüssigen Konditionierungsvorgangs und mittels neuer Verfahren gesenkt werden (Herstellung der Filme für die Verkapselung unabhängig vom Verkapselungsverfahren, Bereitstellung der Filme in Form von Rollen). Die vorgeschlagene Lösung erfüllt somit die wesentlichen Bedingungen, um Gelatine im Bereich der Kapseln als Standardlösung erfolgreich zu substituieren und neue Massstäbe im Bereich der essbaren Filme zu setzen.The tough elastic material has an amazing toughness at low RF, which, for example. compared to TPS, where toughness is critical, ie the limiting factor, is improved by a factor of> 100 and at the same time good dimensional stability, ie a high modulus of elasticity, can be obtained at high RF. With regard to the balance between toughness and dimensional stability, a better property profile could even be achieved compared to gelatin. In addition, lower oxygen permeabilities can be set, which means that the range of possible applications can be increased compared to common gelatine and TPS (eg oxidation-sensitive active ingredients). As a result of the improved sorption behavior, water absorption is also reduced, which also increases the application options. The improved sorption behavior and the reduced oxygen permeability improve, for example. the shelf life of capsule formulations (galenics, aroma, perfume). Furthermore, the starches used are widely available and of high purity, compared to gelatin by a factor of 2 to 7 cheaper, and finally the process costs compared to gelatin capsules can be reduced as a result of a simplified or completely unnecessary conditioning process and by means of new processes (production of the films for the encapsulation regardless of the encapsulation process, provision of the films in the form of rolls). The The proposed solution thus fulfills the essential conditions for successfully replacing gelatin in the capsule area as a standard solution and setting new standards in the area of edible films.
Aufgrund von geeigneten Massnahmen betreffend die Vorbereitung der verwendeten Stoffe wie beispielsweise die Auswahl von substituierten Stärken als VS und SCA als NS, sowie Aktivierung der NS und mit den optimierten Parametern des Verfahrens können sowohl Weich- als auch Hartkapseln erhalten werden, die dem Anforderungsprofil genügen und zumindest teilweise sogar gegenüber Gelatine verbesserte Eigenschaften aufweisen.Due to suitable measures regarding the preparation of the substances used, such as the selection of substituted starches as VS and SCA as NS, as well as activation of the NS and with the optimized parameters of the process, both soft and hard capsules can be obtained that meet the requirement profile and at least partially even have improved properties compared to gelatin.
Die Beschreibung der Erfindung machen deutlich, dass grundsätzlich verschiedene Rezepturen brauchbare Lösungen ermöglichen, wobei gegebenenfalls die jeweiligen Verfahrensparameter angepasst werden müssen. Da also ein grösser Spielraum von individuellen Lösungen zur Verfügung steht, können auch Aspekte wie Rohstoffpreis, Verfügbarkeit, Reinheit oder GMO-Freiheit, also Randbedingungen, die sich im Laufe der Zeit ändern können, jeweils berücksichtigt werden.The description of the invention make it clear that fundamentally different formulations enable usable solutions, the respective process parameters possibly having to be adapted. Since there is more scope for individual solutions, aspects such as raw material prices, availability, purity or GMO-free, i.e. boundary conditions that can change over time, can also be taken into account.
BeispieleExamples
Verfahrenmethod
Batch VerfahrenBatch process
Beispiel 1 : Das Batch Verfahren wurde mittels eines heizbaren Brabender Kneters mit einem Kammervolumen von 50cm3 durchgeführt. In einem ersten Schritt wurde die VS mittels Zugabe von Wasser und Weichmacher bei Massentemperaturen von 80 - 90°C und 120upm 3min plastifiziert. Parallel wurde eine Lösung von NS zubereitet und diese .der Schmelze zugemischt. Die Homogenisierung wurde bei 100upm während 10min durchgeführt, wobei die Massentemperatur kontinuierlich auf 90 - 105°C anstieg. Die fertige Mischung wurde sodann entnommen und in einer Presse zu Filmen von 0.5mm geformt, welche typischerweise rund 20% Wasser enthielten. Die Filme wurden sodann bei unterschiedlichen RF bis zum Gleichgewicht gelagert und bezüglich ihrer Eigenschaften analysiert. Verschiedene Rezepturen für Zähelastische Werkstoffe sowie für Referenz Materialien sind in Tabelle 1 aufgeführt. Herstellung der NS-Lösung:Example 1: The batch process was carried out using a heatable Brabender kneader with a chamber volume of 50 cm 3 . In a first step, the VS was plasticized by adding water and plasticizer at mass temperatures of 80 - 90 ° C and 120 rpm for 3 minutes. At the same time, a solution from NS was prepared and mixed into the melt. The homogenization was carried out at 100 rpm for 10 minutes, the mass temperature rising continuously to 90-105 ° C. The finished mixture was then removed and formed into 0.5mm films in a press, which typically contained about 20% water. The films were then stored at different RF until equilibrium and analyzed for their properties. Various formulations for tough elastic materials as well as for reference materials are listed in Table 1. Preparation of the NS solution:
TL1 : Lösungstemperatur, dT/dt: Abkühlungsgeschwindigkeit der Lösung, TL2: Temperatur der Lösung bei Zugabe zur VS-Schmelze, C: Konzentration der LösungTL1: solution temperature, dT / dt: cooling rate of the solution, TL2: temperature of the solution when added to the VS melt, C: concentration of the solution
Kontinuierliche Verfahren, DirektextrusionContinuous process, direct extrusion
Beispiel 2: Extrusionsparameter: 30mm Zweiwellenextruder gleichdrehend, dichtkämmend (20L/D), Schneckenkonfiguration: Einzugszone, distributive Mischung (G3), disper- sive Mischung (G4), Austragszone (G5) , Drehzahl 300 upm, VS = 7,1 kg/h (Dosierung G1), NS-Lösung = 3,3 kg/h (25% NS, 75% Wasser, dT/dt = 50°C/min, Dosierung G2), Weichmacher = 3.5 kg/h (Dosierung G3), Temperaturgehäuse G1=40°C, G2=80°C, G3=90°C, G4=90°C, G5=90°C. Der Endwassergehalt nach Extrusion konnte mittels eines Vakuums im Bereich 10 - 30% variiert werden.Example 2: Extrusion parameters: 30mm twin-shaft extruder rotating in the same direction, closely intermeshing (20L / D), screw configuration: feed zone, distributive mixture (G3), dispersive mixture (G4), discharge zone (G5), speed 300 rpm, VS = 7.1 kg / h (dosage G1), NS solution = 3.3 kg / h (25% NS, 75% water, dT / dt = 50 ° C / min, dosage G2), plasticizer = 3.5 kg / h (dosage G3), Temperature housing G1 = 40 ° C, G2 = 80 ° C, G3 = 90 ° C, G4 = 90 ° C, G5 = 90 ° C. The final water content after extrusion could be varied in the range 10 - 30% using a vacuum.
Die Mischung wurde mittels einer Breitschljtzdüse zu einem Film von 0.6mm Dicke geformt und mittels einer Flachfolienabzugsvorrichtung (Chili Roll) kalibriert. Die Folie kann dann aufgewickelt und gelagert, zu einem späteren Zeitpunkt weiter verarbeitet werden oder sie kann auch direkt bsw. über eine rotary-die Anlage zu Weichkapseln oder über eine Schweiss- und Schneideanlage zu Sachets verarbeitet werden. Wenn die Folie zwischengelagert wird, sollte der Wassergehalt bei einem Weichmachergehalt von rund 25 - 35% bei Raumtemperatur unterhalb von rund 15% liegen, damit die Netzwerkbildung nicht einsetzt. Im Bereich von Wassergehalten von etwa 7 - 15% liegt ein sehr interessanter Zustand vor (vorausgesetzt es besteht noch kein oder nur ein wenig entwickeltes Netzwerk). Bei diesen Verhältnissen ist das NSF einerseits in einem Zustand oberhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg, d.h. das Material ist relativ weich und zeigt ein sehr hohes Dehnvermögen von typischerweise 300% und mehr, andererseits bleibt die NS im NSF erstaunlicherweise mindestens während Monaten im molekulardispers verteilten Zu- stand, sodass die gute Formbarkeit und Schweissbarkeit ebenso lange erhalten bleibt. Nach der Verarbeitung kann dann die Netzwerkbildung ausgelöst werden durch eine Erhöhung der Temperatur und/oder des Wassergehalts, wobei sich das Material infolge der einsetzenden Netzwerkbildung verfestigt und seine Schweissbarkeit bei tiefen Temperaturen verliert. Es wird noch nicht verstanden, warum bei den genannten Bedingungen die Netzwerkbildung nicht stattfinden kann, offenbar inhibiert ist (in Gegenwart von Keimen jedoch ist eine Netzwerkbildung auch unter diesen Bedingungen möglich), obwohl das Material weich ist und oberhalb Tg sich befindet, doch ist der beobachtete Zustand technologisch von grossem Nutzen, bsw. hinsichtlich der Lagerbarkeit und Weiterverarbeitung des Materials. Dass beϊ-einer Erhöhung der Temperatur und/oder des Wassergehalts das NSF sich dann verfestigt, ist zwar erstaunlich, da man zunächst das Gegenteil erwarten würde, wie es bei TPS auch der Fall ist, aber es ist verständlich, da das entstehende Netzwerk zusätzliche Festigkeit zur Folge hat und somit zeigt dieses auf den ersten Blick paradoxe Phänomen ganz deutlich einen vielfältig nutzbaren Unterschied zwischen TPS und NSF bzw. dem aus dem NSF entstehenden Stärke Netzwerk.The mixture was formed into a film of 0.6 mm thickness using a wide-angle nozzle and calibrated using a flat film take-off device (chili roll). The film can then be wound up and stored, processed further at a later time or it can also be bsw directly. processed into soft capsules via a rotary die system or into sachets via a welding and cutting system. If the film is stored temporarily, the water content should be around 25 - 35% at room temperature and around 15% at room temperature so that the network does not form. A very interesting state exists in the range of water contents of about 7 - 15% (provided that there is no or only a little developed network). At these ratios, the NSF is on the one hand in a state above the glass transition temperature Tg, ie the material is relatively soft and shows a very high elongation of typically 300% and more. On the other hand, the NSF in the NSF surprisingly remains in the molecularly disperse distribution for at least months. stood so that the good formability and weldability is preserved for as long. After processing, the network formation can then be triggered by an increase in the temperature and / or the water content, the material solidifying as a result of the onset of network formation and losing its weldability at low temperatures. It is not yet understood why network formation cannot take place under the conditions mentioned, but is apparently inhibited (network formation is also possible under these conditions in the presence of germs), although the material is soft and is above Tg, but it is observed state technologically of great use, e.g. with regard to the storability and further processing of the material. It is astonishing that the NSF solidifies when the temperature and / or water content increases, as one would initially expect the opposite, as is the case with TPS, but it is understandable that the resulting network provides additional strength As a result, this at first glance paradoxical phenomenon clearly shows a multifaceted difference between TPS and NSF or the strength network that emerges from the NSF.
Beispiel 3: Wie Beispiel 1 , jedoch NS-Lösung in G3 zudosiert, Weichmacher in G2.Example 3: As example 1, but with NS solution added in G3, plasticizer in G2.
Beispiel 4: Wie Beispiel 1 , jedoch NS-Lösung mit Weichmacher gemischt aufbereitet (dT/dt = 30°C/min) und in G2 zudosiertExample 4: As example 1, but prepared NS solution mixed with plasticizer (dT / dt = 30 ° C / min) and metered into G2
Beispiel 5: Wie Beispiel 1 , jedoch NS-Lösung und Weichmacher jeweils in G2 zudosiertExample 5: As example 1, but the NS solution and plasticizer are each metered into G2
Verfahren ausgehend von VorproduktProcess based on preliminary product
Beispiel 6: (Zweistufenverfahren). Im ersten Schritt wird ein Vorprodukt hergestellt, wobei im Unterschied zu Beispiel 1 der Durchsatz von Weichmacher ,5 kg/h beträgt und mittels Strang- oder Kopfgranulation Granulate hergestellt werden.Example 6: (two-step process). In the first step, a preliminary product is produced, in contrast to Example 1 the throughput of plasticizer is 5 kg / h and granules are produced by strand or top granulation.
Dieses Granulat (5kg/h) wird in einem Verarbeitungsextruder durch Zugabe vom Rest Weichmachergehalt (0,7 kg/h) und Wasser (1 ,5 kg/h) plastifiziert und zu Filmen oder zu einem Spritzgusskörper wie Hartkapseln geformt. Die Temperatur des Verarbeitungsextruder in der Plastifizierungszone beträgt um 90°C. EigenschaftenThese granules (5 kg / h) are plasticized in a processing extruder by adding the rest of the plasticizer content (0.7 kg / h) and water (1.5 kg / h) and formed into films or into an injection molded body such as hard capsules. The temperature of the processing extruder in the plasticizing zone is around 90 ° C. characteristics
In Darstellung 1 ist der Verlauf des E-Moduls in Funktion der relativen Luftfeuchtigkeit für Rezepturen basierend auf retrog radationsstabilisierten Stärken (mitte! bis hoher DS), welche für den erfindungsgemässen zähelastischen Werkstoff als Matrix bzw. amorphe Phase besonders gut geeignet sind und ein ausserordentlich gutes Filmbildungsvermögen aufweisen. Die Rezepturen TPS weich 10, 11 und 12 zeigen die grundlegende Problematik auf, einen in einem breiten Luftfeuchtigkeitsbereich brauchbaren Werkstoff basierend auf Stärke zu erhalten. Diese Werkstoffe sind bei tiefen RF von 20 - 30% relativ schlagzäh, doch mit zunehmender Luftfeuchtigkeit wird schnell Wasser aufgenommen, wodurch sie bereits ab ca. 40% RF sehr weich und klebrig werden, ihren festen Charakter verlieren und allmählich die Eigenschaften von langsam fliessenden hochviskosen Flüssigkeiten annehmen. Die Abnahme der E-Moduli mit der RF ist dramatisch, TPS weich 12 bsw. variiert im RF Bereich 20 - 40% um nahezu einen Faktor 1000. Für jede Anwendung, die der Atmosphäre ausgesetzt ist, sind solche Stoffe denkbar ungeeignet.In illustration 1, the course of the modulus of elasticity as a function of the relative air humidity for recipes based on retrogation-stabilized starches (medium to high DS), which are particularly well suited for the tough elastic material according to the invention as a matrix or amorphous phase, and an extraordinarily good one Have film-forming ability. The formulations TPS soft 10, 11 and 12 show the basic problem of obtaining a material that can be used in a wide range of air humidity based on starch. These materials are relatively impact resistant at low RH of 20 - 30%, but with increasing humidity, water is quickly absorbed, which makes them very soft and sticky from around 40% RH, losing their firm character and gradually the properties of slowly flowing, highly viscous Accept liquids. The decrease of the E-moduli with the RF is dramatic, TPS soft 12 or so. varies in the RF range 20 - 40% by almost a factor of 1000. Such substances are extremely unsuitable for any application that is exposed to the atmosphere.
Die Rezepturen Zähelastisch 10-1 , 10-2, 11 und 12 weisen ein definiertes Netzwerk auf, wodurch einerseits das- schlagzähe Verhalten bei tiefen RF nicht beeinträchtigt wird, andererseits aber die mechanischen Eigenschaften wie bsw. der E-Modul bei mittleren bis hin zu hohen RF stabilisiert werden können. Erstaunlicherweise wurde sogar ein Quasiplateau des E-Moduls im RF Bereich von rund 40 - 75% erhalten, wobei der E-Modul nahezu konstant bleibt. Das Niveau des Quasiplateaus hängt einerseits von der gewählten VS und von der Art und dem Anteil der NS ab. Der Vergleich von Zähelastisch 10-1 mit 10% NS mit Zähelastisch 10-2 mit 15 NS zeigt den Einfluss des NS Anteils. " 'The formulations tough elastic 10-1, 10-2, 11 and 12 have a defined network, whereby on the one hand the impact-resistant behavior at low RF is not impaired, but on the other hand the mechanical properties such as. the modulus of elasticity can be stabilized at medium to high RF. Surprisingly, a quasi plateau of the modulus of elasticity in the RF range of around 40 - 75% was obtained, whereby the modulus of elasticity remains almost constant. The level of the quasi plateau depends on the one hand on the chosen VS and on the type and proportion of the NS. The comparison of tough elastic 10-1 with 10% NS with tough elastic 10-2 with 15 NS shows the influence of the NS portion. " '
Interessanterweise weisen die Spannungs-Dehnungskurven des zähelastischen Werkstoffs im RF Bereich von rund 20 - 50% einen Verlauf auf, der bsw. mit der Spannύhgs- Dehnungskurve von Polyethylen vergleichbar ist, wobei eine Streckgrenze, eine an- schliessende Plateau Region sowie schliesslich ein Verfestigungsbereich festgestellt werden kann. In Darstellung 9 ist beispielhaft für Zähelastisch 10-1 die Spannungs- Dehnungskurve bei RF = 33% wiedergegeben.Interestingly, the stress-strain curves of the tough-elastic material in the RF range of around 20 - 50% show a course that, for example, is comparable to the stress-strain curve of polyethylene, whereby a yield point, a subsequent plateau region and finally a hardening area can be determined. Figure 9 shows the stress-strain curve at RF = 33% as an example for tough elastic 10-1.
Darstellung 2 zeigt die Bruchdehnungen der Rezepturen von Darstellung 1. Die Bruchdehnungen der Rezepturen Zähelastisch 10, 11 und 12 weisen bei rund 45% RF ein Ma- ximum von gut 300% auf und innerhalb eines weiten Luftfeuchtigkeitsbereichs von etwa 20 - 70% werden Bruchdehnungen von mindestens 100% erhalten. Dieses Verhalten spiegelt die ausgezeichnete Filmbildungseigenschaft in einem weiten Wassergehaltsbereich. Durch den Einsatz von NS werden die Maximas der Bruchdehnung gegenüber den Rezepturen ohne NS etwas herabgesetzt, jedoch zeigt sich auch hier, dass der Einsatzbereich zu hohen RF hin durch die Einführung eines definierten Netzwerks teilweise deutlich erweitert werden kann.Figure 2 shows the elongations at break of the formulations of Figure 1. The elongations at break of the recipes Ten-elastic 10, 11 and 12 show a measure of around 45% RH. Maximum of a good 300% on and within a wide air humidity range of around 20 - 70%, elongations at break of at least 100% are obtained. This behavior reflects the excellent film-forming property in a wide water content range. The use of NS slightly reduces the maximum elongation at break compared to the formulations without NS, but here too it can be seen that the area of application for high RF can be significantly expanded by introducing a defined network.
In Darstellung 3 wird das Verhalten der E-Moduli in Funktion der RF für zwei typische er- findungsgemässe zäheϊastische Werkstoffe (Zähelastisch 1 und 2) sowie für eine weiche (TPS weich 1) und eine spröde TPS (TPS spröd 1) sowie für Weichkapsel Gelatine aufgezeigt. Weichkapsel Gelatine zeigt in der logarithmischen Darstellung eine lineare Abnahme des E-Moduls mit zunehmender RF und variiert dabei im Bereich RF von rund 20 - 85% um einen Faktor von rund 600. Zähelastisch 1 und 2 weisen in diesem RF Bereich eine deutlich reduzierte Variationsbreite von einem Faktor 100 auf und insbesondere ein Quasiplateau im mittleren RF Bereich. Dies ist ein bedeutender Vorteil gegenüber Gelatine. Während Gelatine und Zähelastisch 1 und 2 bei 22% RF vergleichbare E-Moduli aufweisen sind die E-Moduli von Zähelastisch 1 und 2 bei 85% RF rund 10 bis 20 mal höher, wodurch die Formstabiljtät bei hohen RF deutlich verbessert wird.Figure 3 shows the behavior of the E-moduli in function of the RF for two typical tough elastic materials according to the invention (tough elastic 1 and 2) as well as for a soft (TPS soft 1) and a brittle TPS (TPS brittle 1) and for soft capsule gelatin demonstrated. In the logarithmic representation, soft capsule gelatin shows a linear decrease in the modulus of elasticity with increasing RF and varies in the RF range of around 20-85% by a factor of around 600. Elastic 1 and 2 have a significantly reduced range of variation in this RF range a factor of 100 and in particular a quasi plateau in the middle RF range. This is a significant advantage over gelatin. While gelatin and tough elastic 1 and 2 at 22% RH have comparable moduli of elasticity, the elastic moduli of tough elastic 1 and 2 at 85% RH are around 10 to 20 times higher, which significantly improves the dimensional stability at high RH.
TPS weich 1 basiert auf einer substituierten Stärke mit tiefem DS. Diese Rezeptur zeigt, was im optimalsten Fall bezüglich des E-Moduls bei hohen RF erreicht werden kann, wenn gleichzeitig bei tiefen RF Schlagzähigkeit erhalten werden sollen. Die E-Moduli bei höheren RF sind allerdings bescheiden, bereits bei 58% RF wird nur noch ein Wert von 2MPa erhalten, während Gelatine noch 8MPa, Zähelastisch 1 und 2 noch 11 bzw. 73MPa aufweisen. Infolge des tiefen DS ist die für TPS weich 1 eingesetzte Stärke als VS für erfin- duiigsgemässe zähelastische Werkstoffe wenig geeignet, insbesondere ist für die Anwendungen, wo ein Zerfall in Wasser wesentlich ist, diese Eigenschaft nicht ausreichend gegeben. Im Unterschied zu TPS weich 1 zeigt TPS spröd 1 bei höheren Luftfeuchtigkeiten E-Moduli auf, die mit Zähelastisch 1 vergleichbar sind. Jedoch ist die Schlagzähigkeit bei 32% RF mit nur 11 mJ/mm2 gegenüber 904mJ/mm2 bei Zähelastisch 1 extrem gering, d.h. TPS spröd 1 ist bei tiefer RF ausgesprochen spröd, das Material bricht wie Glas bei geringsten Beanspruchungen. Der Verlauf der Zugspannung bei 10% Dehnung in Funktion der RF für die zuvor genannten Rezepturen ist in Darstellung 4 wiedergegeben. Die Verhältnisse bezüglich dieser Eigenschaft sind analog dem E-Modul.TPS soft 1 is based on a substituted starch with deep DS. This recipe shows what can be achieved in the most optimal case with respect to the modulus of elasticity at high RF if impact strength is to be maintained at the same time at low RF. The moduli of elasticity at higher RF are modest, however, at 58% RF only a value of 2MPa is obtained, while gelatin is still 8MPa, tough elastic 1 and 2 still 11 and 73MPa. As a result of the low DS, the starch used for TPS soft 1 is not very suitable as VS for inventive tough-elastic materials. In particular, this property is not sufficient for applications where decay in water is essential. In contrast to TPS soft 1, TPS brittle 1 shows E-moduli at higher air humidities, which are comparable to tough elastic 1. However, the impact strength at 32% RF with only 11 mJ / mm2 compared to 904mJ / mm2 with tough elastic 1 is extremely low, ie TPS brittle 1 is extremely brittle at low RF, the material breaks like glass with the slightest stress. The course of the tensile stress at 10% elongation as a function of the RF for the previously mentioned recipes is shown in Figure 4. The relationships regarding this property are analogous to the modulus of elasticity.
Der Verlauf der Schlagzähigkeit bzw. Schlagarbeit K in Funktion der RF ist für TPS spröd 1 , TPS weich 1, sowie für Zähelastisch 1 und 21 in Darstellung 5 aufgeführt. Ein Werkstoff auf Stärkebasis kann als zäh bezeichnet werden, wenn die Schlagzähigkeit mindestens 30mJ/mm2 beträgt, doch sind höhere Werte vorteilhaft. TPS spröd 1 wird erst oberhalb 40% RF etwas zäh, während Zähelastisch 1 oberhalb 20% RF zäh wird und Zähelastisch 21 sogar unterhalb 10% RF, also auch bei extrem tiefer Luftfeuchtigkeit, wie sie normalerweise kaum auftritt, noch zäh ist. Der Übergang von spröd zu zäh findet bei TPS weich 1 zwischen 10 - 20% RF statt. Die bei höheren RF folgende starke Abnahme der Schlagzähigkeit ist darin begründet, dass der Werkstoff mit zunehmender RF ausgesprochen weich wird und den Charakter einer hochviskosen Flüssigkeit annimmt.The course of the impact strength or impact work K as a function of the RF is shown for TPS brittle 1, TPS soft 1, and for tough elastic 1 and 21 in Figure 5. A starch-based material can be described as tough if the impact strength is at least 30mJ / mm2, but higher values are advantageous. TPS brittle 1 only becomes slightly tough above 40% RH, while tough elastic 1 becomes tough above 20% RH and tough elastic 21 even below 10% RH, i.e. even with extremely low air humidity, which normally hardly occurs, is tough. The transition from brittle to tough takes place at TPS soft 1 between 10 - 20% RH. The subsequent sharp decrease in impact strength at higher RF is due to the fact that the material becomes extremely soft with increasing RF and takes on the character of a highly viscous liquid.
Neben der Schlagzähigkeit ist die Bruchdehnung im Schlagversuch ε« ein weiteres Mass zur Charakterisierung des Bruchverhaltens. Während TPS spröd 1 keine messbare Bruchdehnung aufweist, konnten beim zähelastischen Werkstoff Bruchdehnungen von 25% und mehr erhalten werden, d.h. dieser Werkstoff verhält sich auch bei hohen Beanspruchungsgeschwindigkeiten noch plastisch.In addition to the impact strength, the elongation at break in the impact test ε «is another measure for characterizing the fracture behavior. While TPS brittle 1 has no measurable elongation at break, elongation at break of 25% and more could be obtained with the tough elastic material, i.e. this material still behaves plastically even at high speeds.
Die Darstellungen 3, 4 und 5 bringen eine grundlegende Problematik von TPS deutlich zum Ausdruck. So ist es einerseits möglich ist, bei tiefer RF eine ausreichende Schlagzähigkeit einzustellen, wobei dann aber bei höheren RF das Material sehr weich und fliessend wird (minimaler E-Modul), oder dass basierend auf TPS bei hohen RF ein ausreichender E-Modul eingestellt werden kann, wobei dann aber bei tiefer RF das Material extrem spröd wird. Dieses Verhalten ist darin begründet, dass TPS praktisch vollständig amorph ist, unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg glasartig ist und oberhalb Tg als hochviskose Flüssigkeit vorliegt. Brauchbare Eigenschaften können somit nur im Übergangsbereich zwischen den beiden Zuständen, innerhalb eines engen RF Bereichs erhalten werden. Im Unterschied dazu können mit dem erfindungsgemässen zähelastischen Werkstoff sowohl Zähigkeit als auch Festigkeitseigenschaften (E-Modul, Festigkeit, Formstabilität) gleichzeitig in einem breiten RF Bereich erreicht werden, wobei zusätzlich noch weitere Eigenschaften, wie sie für spezifische Applikationen gefordert werden, eingestellt werden können (z.B. Transparenz, Zerfall in wässrigen Medien, Wasserlöslichkeit). Von besonderem Vorteil ist ausserdem, dass die Eigenschaften in einem RF Bereich von typischerweise 40 - 75% nahezu stabilisiert werden können (Quasiplateau des E-Moduls und der Festigkeit).Figures 3, 4 and 5 clearly show a basic problem of TPS. On the one hand, it is possible to set sufficient impact strength at low RF, but then at higher RF the material becomes very soft and flowing (minimal modulus of elasticity), or that a sufficient modulus of elasticity can be set based on TPS at high RF can, but then at low RF the material becomes extremely brittle. This behavior is due to the fact that TPS is practically completely amorphous, is glass-like below the glass transition temperature Tg and is present as a highly viscous liquid above Tg. Useful properties can therefore only be obtained in the transition area between the two states within a narrow RF range. In contrast to this, with the tough elastic material according to the invention, both toughness and strength properties (modulus of elasticity, strength, dimensional stability) can be achieved simultaneously in a wide RF range, with additional properties as required for specific applications being able to be set ( eg transparency, decay in aqueous media, water solubility). It is also of particular advantage that the properties can be almost stabilized in an RF range of typically 40 - 75% (quasi-plateau of the modulus of elasticity and strength).
In Darstellung 6 sind die E-Moduli für verschiedene zähelastische Rezepturen in Funktion der RF wiedergegeben. Einerseits wird dadurch gezeigt, dass die charakteristischen Eigenschaften des erfindungsgemässen zähelastischen Werkstoffs mittels verschiedener Rezepturen erhalten werden können, andererseits kommt zum Ausdruck, dass das Niveau des E-Moduls in einem Bereich umfassend nahezu zwei Dekaden variiert werden kann.Figure 6 shows the moduli of elasticity for various viscoplastic formulations as a function of the RF. On the one hand, it shows that the characteristic properties of the viscoplastic material according to the invention can be obtained by means of various formulations, on the other hand it is expressed that the level of the modulus of elasticity can be varied over a range comprising almost two decades.
Das Eigenschaftsprofil des zähelastischen Werkstoffs ist nicht nur abhängig von der Rezeptur, sondern auch vom Herstellungsverfahren. Ein Vergleich der Eigenschaften wie sie für dieselbe Rezeptur hergestellt mittels eines Batch Verfahrens (Brabender Kneter, Zähelastisch 1) und mittels eines kontinuierlichen Extrusionsverfahrens (Zähelastisch 1 E) resultieren, ist aus Darstellung 7 ersichtlich. Es wird deutlich, dass der E-Modul nach dem Extrusionsverfahren im Bereich des Quasiplateaus und oberhalb auf deutlich höherem Niveau liegt, wobei im Vergleich mit Zähelastisch 1 rund 3 bis 5 mal höhere Werte erhalten wurden, d.h. die Vorteile des zähelastischen Werkstoffs sind bei der Herstellung mittels Extrusion noch deutlich ausgeprägter, als die Resultate basierend auf dem Batch Verfahren. Darstellung 8 zeigt, dass das Dehnvermögen von Zähelastisch 1 E gegenüber Zähelastisch 1 im Bereich des Maximums bei mittleren RF geringfügig abnimmt, jedoch bei tiefen und hohen RF zunimmt. Die aus dem Extrusionsverfahren resultierenden im Vergleich mit dem Brabender Verfahren besseren Eigenschaften sind allgemein üblich und in Faktoren begründet wie bsw. höhere Homogenität, weniger Werkstofffehler, kürzere Verfahrenszeiten.The property profile of the tough-elastic material depends not only on the recipe, but also on the manufacturing process. A comparison of the properties as produced for the same recipe by means of a batch process (Brabender kneader, tough elastic 1) and by means of a continuous extrusion process (tough elastic 1 E) can be seen in FIG. 7. It becomes clear that the modulus of elasticity after the extrusion process lies in the area of the quasi plateau and above at a significantly higher level, whereby values 3 to 5 times higher were obtained in comparison with tough elastic 1, i.e. The advantages of the tough elastic material are even more pronounced in the production by extrusion than the results based on the batch process. Figure 8 shows that the elasticity of tough elastic 1 E compared to tough elastic 1 decreases slightly in the area of the maximum at medium RF, but increases at low and high RF. The better properties resulting from the extrusion process compared to the Brabender process are common and based on factors such as. higher homogeneity, fewer material defects, shorter process times.
In Darstellung 10 sind die Sorptionsisothermen von Zähelastisch 1 , 16 und 17 mit der Sorptionsisotherme von Gelatine verglichen. Gelatine nimmt bei im gesamten RF Bereich im Vergleich mit dem zähelastischen Werkstoff bei gleicher RF mehr Wasser auf. Dies ist einer der Gründe, weshalb diverse Eigenschaften von Gelatine eine höhere Abhängigkeit von der RF zeigen. Die Wasseraufnahme des zähelastischen Werkstoffs kann durch spezifische Rezepturmassnahmen, insbesondere durch die Zusammensetzung des Weichmachers reduziert werden (Zähelastisch 16, 17), womit verschiedene weitere Eigenschaften weniger von der RF abhängig sind. Insbesondere für Anwendungen im Verkapselungsbereich, aber auch allgemein im Bereich der Verpackungen sind gute Barriereeigenschaften gegenüber Gasen, insbesondere gegenüber Sauerstoff vorteilhaft (Schädigung des Inhalts durch Oxidation). Darstellung 11 zeigt, dass die Sauerstoffpermeabilität von Zähelastisch 1 gegenüber Weichkapsel Gelatine um einen Faktor 2 bis 3 reduziert ist, womit ein weiterer Vorteil gegenüber Gelatine offensichtlich ist. Die Sauerstoffpermeabilität kann durch Rezepturmassnahmen, insbesondere durch den Einsatz von Zucker weiter reduziert werden. Zähelastisch 17 weist gegenüber Zähelastisch 1 im RF Bereich 0 - 75% um einen Faktor Vz reduzierte Sauerstoffpermeabilitäten auf, während dieser Faktor bei Zähelastisch 16 sogar % beträgt.In Figure 10, the sorption isotherms of tough elastic 1, 16 and 17 are compared with the sorption isotherms of gelatin. Gelatin absorbs more water in the entire RF range compared to the tough elastic material with the same RF. This is one of the reasons why various properties of gelatin show a higher dependence on the RF. The water absorption of the viscoplastic material can be reduced by specific recipe measures, in particular by the composition of the plasticizer (viscoplastic 16, 17), so that various other properties are less dependent on the RF. In particular for applications in the encapsulation area, but also generally in the area of packaging, good barrier properties to gases, in particular to oxygen, are advantageous (damage to the contents by oxidation). Figure 11 shows that the oxygen permeability of tough elastic 1 compared to soft capsule gelatin is reduced by a factor of 2 to 3, making another advantage over gelatin obvious. The oxygen permeability can be further reduced through recipe measures, especially through the use of sugar. Tough elastic 17 has oxygen permeabilities reduced by a factor Vz in the RF range 0 - 75% compared to tough elastic 1, while this factor is even% in tough elastic 16.
Basierend auf einer typischen zähelastischen Rezeptur, modifiziert mit einem Zusatz von 10% Zucker wurde mittels eines Brabender Kneters ein Film von 0.25mm Dicke hergestellt, woraus mittels einer Impulsschweissanlage Beutel hergestellt wurden, die flüssige Aromakonzentrate und Parfüms enthielten. Auch nach einem Monat Lagerungszeit waren die Beutel noch intakt und konnte eine ausgezeichnete Barrierewirkung des zähelastischen Werkstoffs festgestellt werden. Nachdem die Beutel in Wasser kaltes Wasser gelegt wurden, konnte nach 15min eine vollständige Desintegration der Beutel beobachtet werden, wodurch der Inhalt freigesetzt wurde. Hieraus ergibt sich bsw. die Möglichkeit Sa- chets enthaltend Parfüms herzustellen, welche bisher aus Polyvinylalkohol bestehen und bei Waschmaschinen eingesetzt werden, um die gewaschenen Kleider mit einem ansprechenden Duft zu erhalten. Der Vorteil von solchen Beuteln auf Basis von Stärke ist einerseits der Preis und andererseits die sehr gute biologische Abbaubarkeit von Stärke. Im Aroma Bereich können mittels des zähelastischen Werkstoffs Aroma Konzentrate verkapselt werden, wobei die Freisetzung des Aromas erst bei der Anwendung erfolgt und bis zu diesem Zeitpunkt die Aromas sehr gut geschützt über längere Zeit.ihre Qualität (Top Notes) aufrechterhalten können. Gegenüber bisherigen Verkapselungssystemen im Aroma Bereich ist auch hier die Stabilität des zähelastischen Werkstoffs bei hohen Luftfeuchtigkeiten und die Abwesenheit von Klebrigkeit im ganzen RF Bereich ein grösser Vorteil. Weiterhin wurde die Freisetzung von medizinischen Wirkstoffen aus Kapseln bestehend aus dem zähelastischen Werkstoff untersucht, wobei die Resultate den Anforderungen nach Pharmakopöe entsprachen.Based on a typical viscoplastic recipe, modified with the addition of 10% sugar, a film of 0.25mm thickness was produced using a Brabender kneader, from which bags containing liquid aroma concentrates and perfumes were produced using a pulse welding system. Even after one month of storage, the bags were still intact and an excellent barrier effect of the tough elastic material was found. After the bags were placed in cold water in water, a complete disintegration of the bags could be observed after 15 minutes, whereby the contents were released. This results in, for example. the possibility to manufacture sachets containing perfumes, which up to now consist of polyvinyl alcohol and are used in washing machines in order to maintain the washed clothes with an appealing fragrance. The advantage of such bags based on starch is on the one hand the price and on the other hand the very good biodegradability of starch. In the aroma area, the tough elastic material can encapsulate aroma concentrates, whereby the aroma is only released during use and up to this point the aromas can be very well protected over a long period of time and maintain their quality (top notes). Compared to previous encapsulation systems in the aroma area, the stability of the viscoplastic material at high atmospheric humidity and the absence of stickiness in the entire RF area is a major advantage. Furthermore, the release of medicinal substances from capsules consisting of the viscoplastic material was examined, the results meeting the requirements for pharmacopoeia.
Messmethoden und KonditionierungMeasurement methods and conditioning
Zugversuch Die Zugversuche wurden bei 22°C mit einer instron 4502 Zugprüfmaschine bei einer Traversengeschwindigkeit von 50mm/min an normierten Zugproben nach DIN 53504 S3, welche aus Filmen von rund 0.5mm Dicke ausgestanzt wurden, bestimmt. Die Messresultate sind als Mittelwerte von jeweils mindestens 5 Einzelmessungen zu verstehen. Die Wassergehalte der bei verschiedenen Luftfeuchtigkeiten konditionierten Zugproben waren während der Dauer der Zugversuche innerhalb der Messgenauigkeit konstant. Die Spannung, σ wurde als F/A erhalten, wobei F die Kraft und A der Probenquerschnitt bei ε = 0 war. Die Dehnung im Zugversuch in % wurde als ε = 100( - l0)/l0 erhalten, wobei l0 die dehnbare Länge der Probe zwischen den Klemmen bei Beginn des Zugversuchs war und die Länge der gedehnten Probe. Der E-Modul wurde als E = σ/ε erhalten.Tensile test The tensile tests were determined at 22 ° C with an instron 4502 tensile testing machine at a crosshead speed of 50mm / min on standardized tensile specimens according to DIN 53504 S3, which were punched out from films of about 0.5mm thickness. The measurement results are to be understood as mean values of at least 5 individual measurements. The water contents of the tensile specimens conditioned at different atmospheric humidity were constant within the measuring accuracy during the duration of the tensile tests. The stress, σ was obtained as F / A, where F was the force and A the sample cross section at ε = 0. Elongation in% of the tensile test was obtained as ε = 100 (- l 0 ) / l 0 , where l 0 was the stretchable length of the sample between the clamps at the start of the tensile test and the length of the stretched sample. The modulus of elasticity was obtained as E = σ / ε.
Schlagzähigkeitimpact strength
Die Schlagzähigkeit (impact toughness) wurde nach der Izod Impact Methode mit einem Frank Impact Tester (Typ 53565, Karl Frank GmbH, Weinheim, Birkenau, Deutschland) mit Schlagpendeln von 4 Joule (hohe Schlagzähigkeiten) oder 1 Joule (niedere Schlagzähigkeiten) bestimmt. Als Probenkörper wurden Filmproben mit 5mm Breite und ca. 0.5mm Dicke eingesetzt. Die Länge der Proben zwischen den beidseitigen Einspannungen war 40mm. Die Bruchdehnung D« im Schlagversuch wurde als ε« = 100(lf - l0)/lo erhalten, wobei lo die dehnbare Länge der Probe zwischen den Klemmen vor dem Schlag war und H die Länge der gedehnten Probe nach dem Bruch. Die Messresultate sind jeweils als Mittelwerte von mindestens 5 Einzelmessungen zu verstehen. Während der Dauer der Versuche blieb der Wassergehalt der Proben innerhalb der Messgenauigkeit konstant.The impact toughness was determined according to the Izod Impact method with a Frank Impact Tester (type 53565, Karl Frank GmbH, Weinheim, Birkenau, Germany) with pendulum of 4 joules (high impact strength) or 1 joule (low impact strength). Film samples with a width of 5 mm and a thickness of about 0.5 mm were used as test specimens. The length of the samples between the two-sided clamps was 40mm. The elongation at break D «in the impact test was obtained as ε« = 100 (l f - l 0 ) / lo, where lo was the stretchable length of the sample between the clamps before the impact and H the length of the stretched sample after the break. The measurement results are to be understood as mean values of at least 5 individual measurements. During the tests, the water content of the samples remained constant within the measuring accuracy.
Sauerstoffpermeabilitätoxygen permeability
Die Messungen zur Sauerstoffpermeabilität wurden mit einem OX-TRAN 2/21 (MO'CON Inc. 7500 Boone Avenue North, Minneapolis, USA) an Filmen von 0.15mm Dicke durchgeführt, wobei die Sauerstoffpermeabilitäten jeweils von Stärke Film und Gelatine Film in symmetrischer Anordnung gleichzeitig gemessen wurden, sodass die relativen Werte sehr genau bestimmt werden konnten.The oxygen permeability measurements were carried out with an OX-TRAN 2/21 (MO ' CON Inc. 7500 Boone Avenue North, Minneapolis, USA) on films of 0.15 mm thickness, the oxygen permeabilities of starch film and gelatin film in a symmetrical arrangement at the same time were measured so that the relative values could be determined very precisely.
Sorption Die Sorptionsmessungen wurden an vorgängig auf 0% Wassergehalt getrockneten (24h bei 75°C über Phosphorpentoxid) Proben (quadratische Probenkörper von 5 mm Kantenlänge und 0.5mm Dicke) durchgeführt, welche dann bei verschiedenen RF, die durch gesättigte Salzlösungen eingestellt wurden, 7 Tage in Exsikkatoren gelagert wurden. Die Ex- sikkatoren waren mit Ventilatoren ausgestattet, wodurch die Sorptionszeiten bis zum Gleichgewicht (7 Tage) im Vergleich mit Lagerung in ruhender Atmosphäre deutlich verkürzt werden konnten. Die Wassergehalte nach der Sorption wurden durch den Wasserverlust bei nachfolgender Trocknung bestimmt.sorption The sorption measurements were carried out on samples previously dried to 0% water content (24 h at 75 ° C over phosphorus pentoxide) (square test specimens with an edge length of 5 mm and a thickness of 0.5 mm), which were then used for different RF adjusted by saturated saline solutions in 7 days Desiccators were stored. The desiccators were equipped with fans, which significantly reduced sorption times to equilibrium (7 days) compared to storage in a calm atmosphere. The water contents after sorption were determined by the loss of water during subsequent drying.
Konditionierungconditioning
Die Konditionierung der Proben für die mechanischen Analysen (Zugversuch, Schlagzähigkeit) wurden in denselben Vorrichtungen wie sie für die Sorption verwendet wurden, durchgeführt (7 Tage). The conditioning of the samples for mechanical analysis (tensile test, impact strength) was carried out in the same devices as were used for the sorption (7 days).
Symbole und AbkürzungenSymbols and abbreviations
RF [%] relative Luftfeuchtigkeit: 0% < RF < 100%RH [%] relative humidity: 0% <RF <100%
RT L°C] Raumtemperatur (22°C)RT L ° C] room temperature (22 ° C)
Tg [°C] GlasumwandlungstemperaturTg [° C] glass transition temperature
WM [%] Weichmachergehalt (exklusiv Wasser) bezogen auf Stärke undWM [%] plasticizer content (excluding water) based on starch and
Weichmacher, dsb w [%] Wassergehalt, bezogen auf Stärke, Weichmacher und Wasser dsb [ - ] dry solid base, bezogen auf das TrockengewichtPlasticizer, dsb w [%] water content, based on starch, plasticizer and water dsb [-] dry solid base, based on the dry weight
E [[MMPPa] E-Modul (Young's Modulus) σm [ [MMPPa] maximale Festigkeit im Zugversuch (Bruchfestigkeit) σιo% [[MMPPa] Zugspannung im Zugversuch bei ε = 10%E [[MMPPa] Young's modulus σ m [[MMPPa] maximum strength in tensile test (breaking strength) σιo% [[MMPPa] tensile stress in tensile test at ε = 10%
S [%] Bruchdehnung im ZugversuchS [%] elongation at break in tensile test
FE(23- •85) [ " ] Variationsbreite des E-Moduls im Bereich RF von 23 - 85%, FE (23- • 85) ["] range of variation of the elastic modulus in the RF range from 23 - 85%,
FE(43-75) [ - ] Variationsbreite des E-Moduls im Bereich RF von 43 - 75%, FE (4 3 -75 ) [-] range of variation of the modulus of elasticity in the RF range from 43 - 75%,
Fσιo%(23-85) [ - ] Variationsbreite von σιo% im Bereich RF von 23 - 85%,F σ ιo% (23-85) [-] range of σιo% in the range RF from 23 - 85%,
Fσ10%(23-85) = σi0%,23 /θ"l0%,85F σ 10% (23-85) = σi0%, 23 / θ " l0%, 85
Fσιo%(43-75) [ - ] Variationsbreite von σ-ιo% im Bereich RF von 43 - 75%,F σ ιo % (43-75) [-] range of σ-ιo% in the RF range from 43 - 75%,
Fσ10%(23-85) = σ-10%,23 /θ" 0%,85F σ 10% (23-85) = σ-10%, 23 / θ " 0%, 85
K [mJ/mm2] Schlagarbeit im Schlagversuch (izod Impact Test) ε« [%] Bruchdehnung im Schlagversuch (Izod Impact Test)K [mJ / mm 2 ] impact work in impact test (izod impact test) ε «[%] elongation at break in impact test (izod impact test)
RFZ [%] RF beim Übergang von sprödem zu zähem Verhalten bei RT.RF Z [%] RF when changing from brittle to tough behavior at RT.
K(RFz) wird als das arithmetisches Mittel der Zähigkeit des Plateaus .im spröden Bereich Ks und der maximalen Zähigkeit K nach dem Spröd- Zäh-Übergang definiert. Da in der Regel Ks « KM ist K(RFz) ~ V KM P02 [mlxcm/(cm2x24hxatm)] Permeabilitätskoeffizient für Sauerstoff K (RFz) is defined as the arithmetic mean of the toughness of the plateau in the brittle region Ks and the maximum toughness K after the brittle-tough transition. Since Ks «KM is usually K (RFz) ~ V KM P 02 [mlxcm / (cm 2 x24hxatm)] permeability coefficient for oxygen
AM [Gew.%] Amylosegehalt, bezogen auf die Stärke, dsb PNS [Gew.%] Anteil von NS bezogen auf NS und VS, dsb PLCA [Gew.%] Anteil von LCA in Gew. % dsb bezogen auf AP und LCA PSCA [Gew.%] Anteil von SCA in Gew. % dsb bezogen auf AP und SCA P HS [Gew.%] Anteil an RHS, bezogen auf VS und NS und RHS PSM [Gew.%] Anteil an SM, bezogen auf VS und NS und SM pL [Gew.%] Anteil an LM, bezogen auf VS und NS und LMAM [% by weight] amylose content, based on the starch, dsb PNS [% by weight] proportion of NS based on NS and VS, dsb PLCA [% by weight] proportion of LCA in% by weight dsb based on AP and LCA PSCA [% By weight] of SCA in% by weight of dsb based on AP and SCA P HS [% by weight] of RHS based on VS and NS and RHS PSM [% by weight] share of SM, based on VS and NS and SM p L [% by weight] share of LM, based on VS and NS and LM
DP [ - ] PolymerisationsgradDP [-] degree of polymerization
DPn [ - ] Zahlenmittel des PolymerisationsgradesDPn [-] number average of the degree of polymerization
DPw [ - ] Gewichtsmittel des PolymerisationsgradesDPw [-] weight average degree of polymerization
Qb [ - ] Verzweigungsgrad von Makromolekülen (Anzahl der verzweigtenQb [-] degree of branching of macromolecules (number of branched
Monomereinheiten / Anzahl der Monomereinheiten) CL ■ [ - ] Kettenlänge (Anzahl Monomereinheiten)Monomer units / number of monomer units) CL ■ [-] chain length (number of monomer units)
CLn [ - ] Zahlenmittel der Kettenlänge; lineare, d.h. unverzweigteCLn [-] number average chain length; linear, i.e. unbranched
Kettensegmente CLn, na [ - ] Zahlenmittel der netzw.erkaktiven Kettenlänge; Kettensegmente, die kristallisieren und an Netzwerken teilnehmen können, d.h. unverzweigte und nicht substituierte und nicht sterisch gehinderte Kettensegmente CLw [ - ] Gewichtsmittel der KettenlängeChain segments CLn, na [-] number average of the network active chain length; Chain segments that can crystallize and participate in networks, i.e. unbranched and unsubstituted and non-sterically hindered chain segments CLw [-] weight average chain length
DS [ - ] Substitutionsgrad: 0 < DS < 3.0DS [-] Degree of substitution: 0 <DS <3.0
DE [ - ] Dextroseequivalent: 0 < DE < 100DE [-] dextrose equivalent: 0 <DE <100
BV [ - ] Blue ValueBV [-] Blue Value
IA [g/100g] lod AffinitätIA [g / 100g] iodine affinity
VS Vorliegende StärkeVS Present strength
NS Netzwerkfähige StärkeNS Networkable strength
WM Weichmacher, kann ein einzelner Weichmacher oder eine Mischung von verschiedenen Weichmachern seinWM plasticizer, can be a single plasticizer or a mixture of different plasticizers
RHS retrogradationshemmende Stoffe (RHS)RHS retrogradation inhibiting fabrics (RHS)
SM SprengmittelSM explosives
LM LösungsmittelLM solvent
AM AmyloseAM amylose
AP AmylopektinAP amylopectin
A-AP A-Seitenketten von AmylopektinA-AP A side chains of amylopectin
SCA Short Chain Amylose (NS oder Anteil der NS) mit DPn im Bereich von 10 - 100; SCA kann alleine keine Stärke Netzwerke bilden, nur in Kombination mit anderen Stärken von höherem Polymerisationsgrad, Netzwerke bestehend aus solchen Mischungen können bei niederen Weichmachergehalten und tiefen Temperaturen noch gebildet werden LCA Long Chain Amylose (NS oder Anteil der NS) mit DPn > 100, kann LCA1 und/oder LCA2 aufweisenSCA short chain amylose (NS or part of NS) with DPn in the range of 10 - 100; SCA alone cannot form starch networks, only in combination with other starches with a higher degree of polymerization, networks consisting of such mixtures can still be formed at low plasticizer contents and low temperatures LCA Long Chain Amylose (NS or part of NS) with DPn> 100, can have LCA1 and / or LCA2
LCA1 LCA mit DPn im Bereich von 100 - 300 auf; LCA1 kann sowohl alleine als auch in Kombination mit anderen Stärken Netzwerke bilden, Mischungen von LCA1 und VS können bei mittleren Weichmachergehalten und mittleren Temperaturen Netzwerke bildenLCA1 LCA with DPn in the range of 100-300; LCA1 can form networks both alone and in combination with other starches, mixtures of LCA1 and VS can form networks at medium plasticizer contents and medium temperatures
LCA2 . LCA mit DPn > 300 auf; LCA2 kann sowohl alleine als auch in Kombination mit anderen Stärken Netzwerke bilden. Mischungen von LCA2 und VS können bei hohen Weichmachergehalten und hohen Temperaturen Netzwerke bildenLCA2. LCA with DPn> 300; LCA2 can form networks both alone and in combination with other strengths. Mixtures of LCA2 and VS can form networks at high plasticizer contents and high temperatures
NSF Netzwerkfähiges Stärke Fluid; Schmelze oder Lösung, enthaltend eine Stärke oder eine Stärke Mischung sowie Weichmacher; kann unter geeigneten Bedingungen nachfolgend als Stärke Netzwerk erhalten werden. Ein NSF weist mindestens eine VS, sowie mindestens eine NS aufNSF Networkable Starch Fluid; Melt or solution containing a starch or a starch blend, and plasticizer; can be obtained as a strength network below under suitable conditions. An NSF has at least one VS and at least one NS
VP Aus NSF erhaltenes Vorprodukt; wird aus einem netzwerkfähigen Stärke Fluid erhalten, stellt ein Zwischenprodukt im DP Verfahren darVP preliminary product obtained from NSF; If fluid is obtained from a network-compatible starch, it is an intermediate product in the DP process
VVP Aus NSF erhaltenes vernetztes Vorprodukt; weist ein mindestens teilweise ausgebildetes Stärke Netzwerk aufVVP Cross-linked preliminary product obtained from NSF; has an at least partially developed starch network
IVP Aus NSF erhaltenes inhibiertes Vorprodukt; weist kein oder nur ein geringfügig ausgebildetes Netzwerk auf, die Bildung eines Netzwerks wird durch Verfahrensmassnahmen unterdrückt. Ein IVP ist vorwiegend bis vollständig amorphIVP inhibited intermediate obtained from NSF; has no or only a minimally developed network, the formation of a network is suppressed by procedural measures. An IVP is predominantly to completely amorphous
KVP Aus NSF erhaltenes Keime enthaltendes Vorprodukt, weist ein geringfügig ausgebildetes Netzwerk auf, dessen Netzwerkelemente als Keime bei der Verarbeitung des KVP zur Herstellung von Stärke Netzwerken wirkenKVP Pre-product containing germs obtained from NSF has a slightly developed network, the network elements of which act as germs in the processing of the KVP for the production of starch networks
SCP Split Continuous Process: VS und NS werden separat aufbereitet, zu einem NSF gemischt und das NSF direkt zum Endprodukt verarbeitet .SCP Split Continuous Process: VS and NS are prepared separately, mixed to form an NSF and the NSF is processed directly into the end product .
TCP Together Continuous Process: VS und NS werden zusammen zu einem NSF aufbereitet und das NSF direkt zum Endprodukt verarbeitetTCP Together Continuous Process: VS and NS are processed together to form an NSF and the NSF is processed directly into the end product
SDP Split Discontinuous Process: VS und NS werden separat aufbereitet, zu einem NSF gemischt und das NSF zu einem VP verarbeitetSDP Split Discontinuous Process: VS and NS are prepared separately, mixed into an NSF and the NSF processed into a VP
TDP Together Continuous Process: VS und NS werden zusammen aufbereitet, zu einem NSF gemischt und dies direkt zum Endprodukt verarbeitet TDP Together Continuous Process: VS and NS are processed together, mixed to form an NSF and processed directly into the end product

Claims

Patentansprüche claims
1. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zähelastische Werkstoff einen Übergang von sprödem zu zähem Verhalten RFZ in Funktion der relativen Luftfeuchtigkeit RF und bei Raumtemperatur in %RF bei < 33, vorzugsweise < 26, noch bevorzugter < 20, am bevorzugtesten < 15 zeigt und bei einer RF von 85% noch einen E-Modul E in MPa von > 0.1 , vorzugsweise > 0.5, noch bevorzugter > 1.0, am bevorzugtesten > 3, und jeweils < 50 aufweist.1. Tough-elastic material based on starch, characterized in that this tough-elastic material makes a transition from brittle to tough behavior RF Z as a function of the relative air humidity RF and at room temperature in% RH at <33, preferably <26, more preferably <20, most preferably <15 shows and at an RF of 85% it also has a modulus of elasticity E in MPa of> 0.1, preferably> 0.5, more preferably> 1.0, most preferably> 3, and each has <50.
2. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für dessen Schlagzähigkeit K in mJ/mm2 und E-Modul E in MPa gilt: a) bei RF von rund 11% ist K > 10, vorzugsweise > 15, noch bevorzugter > 30, am bevorzugtesten > 50 und jeweils < 300; und b) bei RF von rund 85% ist E > 0.1 , vorzugsweise > 0.5, noch bevorzugter > 1.0, am bevorzugtesten > 3, und jeweils < 50; und/oder c) bei RF von rund 75% ist E > 0.5, vorzugsweise > 1 , noch bevorzugter > 5, am bevorzugtesten > 10 und jeweils < 150.2. Tough elastic material based on starch according to claim 1, characterized in that for its impact strength K in mJ / mm 2 and modulus of elasticity E in MPa applies: a) at RF of around 11%, K> 10, preferably> 15, still more preferably> 30, most preferably> 50 and each <300; and b) at RF of around 85%, E> 0.1, preferably> 0.5, more preferably> 1.0, most preferably> 3, and in each case <50; and / or c) at RF of around 75%, E> 0.5, preferably> 1, more preferably> 5, most preferably> 10 and in each case <150.
3. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für dessen Schlagzähigkeit K in mJ/mm2 und E-Modul E in MPa gilt: a) bei RF von rund 23% ist K > 15, vorzugsweise > 30, noch bevorzugter > 50, am bevorzugtesten > 100 und jeweils < 1000; und b) bei RF von rund 85% ist E > 0.2, vorzugsweise > 1.0, noch bevorzugter > 2.0, am bevorzugtesten > 5 und jeweils < 100; und/oder c) bei RF von rund 75% ist E > 1.0, vorzugsweise > 2.0, noch bevorzugter > 10, am. bevorzugtesten > 20 und jeweils < 300.3. Tough elastic material based on starch according to claim 1 or 2, characterized in that for its impact strength K in mJ / mm 2 and modulus of elasticity E in MPa applies: a) at RF of around 23%, K> 15, preferably> 30 , more preferably> 50, most preferably> 100 and each <1000; and b) at RF of around 85%, E> 0.2, preferably> 1.0, more preferably> 2.0, most preferably> 5 and in each case <100; and / or c) at RF of around 75%, E> 1.0, preferably> 2.0, more preferably> 10, most preferably> 20 and in each case <300.
4. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für dessen Schlagzähigkeit K in mJ/mm2 und E-Modul E in MPa gilt: a) bei RF von rund 33% ist K > 20, vorzugsweise > 50, noch bevorzugter > 100, am bevorzugtesten > 200 und jeweils < 2000; und b) bei RF von rund 85% ist E > 0.2, vorzugsweise > 1.0, noch bevorzugter > 2.0, am bevorzugtesten > 5.0 und jeweils < 100; und/oder c) bei RF von rund 75% ist E > 1.0, vorzugsweise > 2.0, noch bevorzugter > 10, am bevorzugtesten > 20 und jeweils < 300.4. Tough elastic material based on starch, according to one of the preceding claims, characterized in that for its impact strength K in mJ / mm 2 and modulus of elasticity E in MPa applies: a) at RF of around 33%, K> 20, preferably> 50, more preferably> 100, most preferably> 200 and each <2000; and b) at RF of around 85%, E> 0.2, preferably> 1.0, more preferably> 2.0, most preferably> 5.0 and in each case <100; and / or c) at RF of around 75%, E> 1.0, preferably> 2.0, more preferably> 10, most preferably> 20 and in each case <300.
5. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bruch im Schlagversuch zähelastisch erfolgt, d.h. dass der Werkstoff beim Bruch eine Dehnung ει< aufweist, wobei für ει< in % gilt: a) bei RF von rund 43% ist ει< > 5, vorzugsweise > 10, noch bevorzugter > 20, am bevorzugtesten > 30 und jeweils < 50; und/oder b) bei RF von rund 33% ist ε > 3, vorzugsweise > 7, noch bevorzugter > 14, am bevorzugtesten > 20 und jeweils < 35; und/oder c) bei RF von rund 23% ist ι< > 2, vorzugsweise > 5, noch bevorzugter > 10, am bevorzugtesten > 15 und jeweils < 25.5. Tough-elastic starch-based material according to one of the preceding claims, characterized in that the fracture is tough elastic in the impact test, ie that the material has an elongation ει <when broken, with ει < in%: a) with RF of around 43 % is ει <> 5, preferably> 10, more preferably> 20, most preferably> 30 and in each case <50; and / or b) at RF of around 33%, ε> 3, preferably> 7, more preferably> 14, most preferably> 20 and in each case <35; and / or c) for RF of around 23%, ι < > 2, preferably> 5, more preferably> 10, most preferably> 15 and in each case <25.
6. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass für dessen Festigkeit bei 10% Dehnung σm,ιo% in MPa gilt: a) bei RF von rund 85% ist σmι10% > 0.2, vorzugsweise > 0.4, noch bevorzugter > 1 , am bevorzugtesten > 3 und jeweils < 12; und/oder b) bei RF von rund 75% ist σιo% > 0.4, vorzugsweise > 0.8, noch bevorzugter > 1.5, am bevorzugtesten > 5 und jeweils < 20.6. Tough elastic material based on starch, according to one of the preceding claims, characterized in that for its strength at 10% elongation σ m , ιo % in MPa applies: a) at RF of around 85%, σ mι10% > 0.2, preferably> 0.4 , more preferably> 1, most preferably> 3 and each <12; and / or b) at RF of around 75%, σ mi- ιo % > 0.4, preferably> 0.8, more preferably> 1.5, most preferably> 5 and in each case <20.
7. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach) einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für dessen Bruchdehnung ε in % gilt: a) das Maximum der Bruchdehung εb in Funktion der RF beträgt > 50, vorzugsweise > 100, noch bevorzugter > 200, am bevorzugtesten > 300 und jeweils < 600; und/oder b) die Bruchdehnung εb RF bei RF von rund 75% beträgt > 20, vorzugsweise > 50, noch bevorzugter > 75, am bevorzugtesten > 100 und jeweils < 200.7. Tough elastic material based on starch, according to) one of the preceding claims, characterized in that for its elongation at break ε in% applies: a) the maximum elongation at break ε b as a function of RF is> 50, preferably> 100, more preferably> 200 , most preferably> 300 and each <600; and / or b) the elongation at break ε b RF at RF of around 75% is> 20, preferably> 50, more preferably> 75, most preferably> 100 and in each case <200.
8. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff im Bereich RF von rund 20 - 50% im Zugversuch eine Streckgrenze zeigt. 8. Tough elastic material based on starch, according to one of the preceding claims, characterized in that the material in the RF range of about 20-50% shows a yield strength in the tensile test.
9. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zähelastische Werkstoff bezüglich dem E-Modul und der Zugspannung bei 10% Dehnung in Funktion der RF ein Quasiplateau aufweist, wobei aj der Faktor FE(23-85) der Variation des E-Moduls bei RT im Bereich 23 - 85% RF < 400, vorzugsweise < 200, noch bevorzugter < 100, am bevorzugtesten < 50 und jeweils > 1 beträgt; oder b) der Faktor FE( 3 - 75) der Variation des E-Moduls bei RT im Bereich 43 - 75% RF < 50, vorzugsweise < 20, noch bevorzugter < 10, am bevorzugtesten < 5 und jeweils > 1 beträgt; und c) der Faktor Fσιo%(23 - 85) der Variation der Zugspannung bei 10% Dehnung bei RT im Bereich 23 - 85% RF < 100, vorzugsweise < 50, noch bevorzugter < 25, am bevorzugtesten < 10 und jeweils > 1 beträgt; oder d) der Faktor Fσιo%(43 - 75) der Variation der Zugspannung bei 10% Dehnung bei RT im Bereich 43 - 75% RF < 10, vorzugsweise < 5, noch bevorzugter < 3, am bevorzugtesten < 5 und jeweils > 1 beträgt.9. viscoplastic material based on starch, according to any one of the preceding claims, characterized in that the viscoelastic material the modulus of elasticity and the tensile stress at 10% elongation as a function of RF has a quasi-plateau relative wherein aj the factor F E (23-85 ) the variation of the modulus of elasticity at RT in the range 23-85% RF <400, preferably <200, more preferably <100, most preferably <50 and in each case>1; or b) the factor F E ( 3-75) of the variation of the modulus of elasticity at RT in the range 43-75% RF <50, preferably <20, more preferably <10, most preferably <5 and in each case>1; and c) the factor F σ ιo % (23-85) of the variation of the tensile stress at 10% elongation at RT in the range 23-85 % RF <100, preferably <50, more preferably <25, most preferably <10 and in each case> Is 1; or d) the factor F σ ιo % (43-75) of the variation of the tensile stress at 10% elongation at RT in the range 43-75 % RF <10, preferably <5, more preferably <3, most preferably <5 and in each case> 1 is.
10. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der folgenden Eigenschaften zutreffen: a) die geordneten Bereiche des Werkstoffs, welche die Vernetzungspunkte des Netzwerks bilden, weisen Dimensionen in nm < 500, vorzugsweise < 300, noch bevorzugter < 150, insbesondere < 100, am bevorzugtesten < 70 auf und sind mit der hauptsächlich amorphen Phase gekoppelt; b) der Werkstoff ist transparent bei RF < 50%, vorzugsweise < 60%, noch bevorzugter < 70%, am bevorzugtesten < 90%. c) Der Werkstoff ist nicht klebrig im Bereich RF bei RF < 70%, vorzugsweise < 80%, noch bevorzugter < 90%, am bevorzugtesten < 100%. d) der Werkstoff quillt in Wasser bzw. Magensaft und löst sich bzw. zerfällt bei einer geringfügigen Bewegung dieser Medien, insbesondere bei Temperaturen in °C < 70, ' vorzugsweise < 50, noch bevorzugter < 40, am bevorzugtesten < 30°C.10. Tough elastic material based on starch, according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the following properties apply: a) the ordered areas of the material which form the crosslinking points of the network have dimensions in nm <500, preferably <300, more preferably <150, in particular <100, most preferably <70 and are coupled to the mainly amorphous phase; b) the material is transparent at RF <50%, preferably <60%, more preferably <70%, most preferably <90%. c) The material is not sticky in the RF range at RF <70%, preferably <80%, more preferably <90%, most preferably <100%. d) the material swells in water or gastric juice and dissolves or disintegrates with a slight movement of these media, in particular at temperatures in ° C. <70, preferably <50, more preferably <40, most preferably <30 ° C.
11. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff eine Stärke mit einer netzwerkaktiven Kettenlänge CLn.na im Bereich 5 - 300, vorzugsweise 6 - 100, noch bevorzugter 7 - 50, insbesondere 8 - 30, am bevorzugtesten 9 - 28, am insbesondersten von 10 - 27 aufweist und gegebenenfalls der Werkstoff eine weitere Stärke mit einem Verzweigungsgrad Qb > 0.01, vorzugsweise > 0.05, noch bevorzugter > 0.10, am bevorzugtesten > 0.15 aufweist.11. Tough elastic material based on starch, according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a starch with a network-active chain length CLn.na in the range 5-300, preferably 6-100, more preferably 7-50, in particular 8-30, most preferably 9-28, most preferably 10-27 and optionally the material has a further strength with a degree of branching Qb> 0.01, preferably> 0.05, more preferably> 0.10, most preferably> 0.15.
12. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff eine VS und eine NS aufweist, wobei der Anteil PNS von NS bezogen auf NS und VS in Gew. % dsb im Bereich 1 < pNS < 90, vorzugsweise 2 < PNS < 50, noch bevorzugter 3 < PNS < 30, am bevorzugtesten 3 < PNS < 15 liegt. -12. Tough elastic material based on starch, according to one of the preceding claims, characterized in that the material has a VS and an NS, the proportion PNS of NS based on NS and VS in wt.% Dsb in the range 1 <p NS <90 , preferably 2 <PNS <50, more preferably 3 <PN S <30, most preferably 3 <PNS <15. -
13. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff a) einen Amylosegehalt AM in Gew. % dsb im Bereich von 1 < AM < 70, vorzugsweise 2 < AM < 50, noch bevorzugter 3 < A < 40, am bevorzugtesten 3 < A < 30 aufweist und b) die Amylose SCA, LCA oder eine Mischung von SCA und LCA ist, wobei der Anteil PSCA von SCA in Gew. % dsb bezogen auf Amylopektin und SCA im Bereich von 1 - 35, vorzugsweise 2 - 25, insbesondere 3 - 20, am bevorzugtesten 4 - 14 liegt; und/oder der Anteil PLCA von LCA in Gew. % dsb bezogen auf Amylopektin und LCA im Bereich von 1 - 70, vorzugsweise 2 - 50, insbesondere 3 - 40 noch bevorzugter 4 - 35 , am bevorzugtesten 5 - 30 liegt.13. Tough elastic material based on starch, according to one of the preceding claims, characterized in that the material a) has an amylose content A M in% by weight dsb in the range from 1 <AM <70, preferably 2 <AM <50, more preferably 3 < A <40, most preferably 3 <A <30 and b) the amylose is SCA, LCA or a mixture of SCA and LCA, the proportion PSCA of SCA in% by weight dsb based on amylopectin and SCA in the range 1- 35, preferably 2-25, especially 3-20, most preferably 4-14; and / or the proportion of PLCA of LCA in% by weight of dsb based on amylopectin and LCA is in the range from 1-70, preferably 2-50, in particular 3-40, more preferably 4-35, most preferably 5-30.
14. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass a) die SCA einen Polymerisationsgrad DPn im Bereich 5 < DPn < 70, vorzugsweise 6 < DPn < 50, insbesondere 7 < DPn < 30, noch bevorzugter 8 < DPn < 28, am bevorzugtesten 9 < DPn < 27 aufweist; und b) die LCA einen Polymerisationsgrad DPn im Bereich 100 < DPn < 3'000, vorzugsweise 100 < DPn < 1000, noch bevorzugter 100 < DPn < 500, am bevorzugtesten 100 < DPn < 300 aufweist; und c) gegebenenfalls die LCA einen Substitutionsgrad DS im Bereich 0.01 - 0.50, vorzugsweise 0.02 - 0.30, noch bevorzugter 0.03 - 0.25, am bevorzugtesten 0.04 - 0.20 aufweist.14. Tough elastic material based on starch, according to claim 13, characterized in that a) the SCA has a degree of polymerization DPn in the range 5 <DPn <70, preferably 6 <DPn <50, in particular 7 <DPn <30, more preferably 8 <DPn < 28, most preferably 9 <DPn <27; and b) the LCA has a degree of polymerization DPn in the range 100 <DPn <3,000, preferably 100 <DPn <1000, more preferably 100 <DPn <500, most preferably 100 <DPn <300; and c) if appropriate, the LCA has a degree of substitution DS in the range 0.01-0.50, preferably 0.02-0.30, more preferably 0.03-0.25, most preferably 0.04-0.20.
15. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff a) einen Anteil an retrogradationshemmenden Stoffen (RHS) aufweist, wobei dieser Anteil PRHS bezogen auf VS und NS und RHS in Gew. % dsb im Bereich von 1 < PRHS < 70, vor- zugsweise 3 < pRHs < 50, noch bevorzugter 5 < PRHS < 25, am bevorzugtesten 7 < pRHs < 20 liegt; und/oder b) einen Anteil an Sprengmittel (SM) aufweist, wobei dieser Anteil pSM bezogen auf VS und NS und SM in Gew.% dsb im Bereich von 0.1 < pSM < 30, vorzugsweise 0..5 < pS 15. Tough elastic material based on starch, according to one of the preceding claims, characterized in that the material a) has a proportion of retrogradation-inhibiting substances (RHS), this proportion based on VS and NS and RHS in wt.% Dsb in the range of 1 <PRHS <70, pre- preferably 3 <p RH s <50, more preferably 5 <PRHS <25, most preferably 7 <p RH s <20; and / or b) has a proportion of disintegrant (SM), this proportion p SM based on VS and NS and SM in% by weight dsb in the range 0.1 <p SM <30, preferably 0..5 <p S
15. noch bevorzugter 1 < pSM < 10, am bevorzugtesten 1.5 < pSM < 7.0 liegt; und/oder c) einen Anteil an Lösungsmittel (LM) aufweist, wobei dieser Anteil pL bezogen auf VS und NS und LM in Gew.% dsb im Bereich von 1 < PLM < 50, vorzugsweise 2 < PL < 25, noch bevorzugter 3 < PLM < 20, am bevorzugtesten 4 < pRHs < 15 liegt.15. more preferably 1 <p SM <10, most preferably 1.5 <p SM <7.0; and / or c) has a proportion of solvent (LM), this proportion p L based on VS and NS and LM in% by weight dsb in the range from 1 <PLM <50, preferably 2 <PL <25, more preferably 3 <PLM <20, most preferably 4 <p RH s <15.
16. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff Weichmacher aufweist und für den Weichmachergehalt WM in Gew.% dsb gilt: a) WM liegt im Bereich von 10 - 60, vorzugsweise von 15 - 50, noch bevorzugter von 20 - 40, am bevorzugtesten von 25 - 35; und b) insbesondere die Schmelzpunkte der eingesetzten Weichmacher in reiner Form bei Temperaturen in °C < 100, vorzugsweise < 70, noch bevorzugter < 50, am bevorzugtesten < 30° liegen; und c) insbesondere der Weichmacher zu > 50%, vorzugsweise > 70%, insbesondere > 80%, noch bevorzugter > 90%, am bevorzugtesten > 95%, am insbesondersten zu 100% aus einem Weichmacher oder einer Weichmachermischung nach Spezifikation 16b) besteht.16. Tough elastic material based on starch, according to one of the preceding claims, characterized in that the material has plasticizers and the following applies to the plasticizer content WM in% by weight dsb: a) WM is in the range of 10-60, preferably 15-50, more preferably from 20-40, most preferably from 25-35; and b) in particular the melting points of the plasticizers used in pure form at temperatures in ° C. <100, preferably <70, more preferably <50, most preferably <30 °; and c) in particular the plasticizer consists of> 50%, preferably> 70%, in particular> 80%, even more preferably> 90%, most preferably> 95%, in particular 100% of a plasticizer or a plasticizer mixture according to specification 16b).
17. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für dessen Permeabilitätskoeffizienten P02 von Sauerstoff in [cm3mm/(m2)24h] bei RT gilt: a) bei 0% RF ist P02 < 0.3, vorzugsweise < 0.15, noch bevorzugter «?, 0.07; und/oder b) bei 50%) RF ist P02 < 2, vorzugsweise < 1 , noch bevorzugter < 0.5; und/oder c) bei 75% RF ist P02 < 20, vorzugsweise < 10, noch bevorzugter < 5.17. Tough elastic material based on starch, according to one of the preceding claims, characterized in that for its permeability coefficient P 02 of oxygen in [cm3mm / (m2) 24h] at RT applies: a) at 0% RH P 02 <0.3, preferably <0.15, even more preferred « ? , 0.07; and / or b) at 50%) RF is P 02 <2, preferably <1, more preferably <0.5; and / or c) at 75% RH, P 02 <20, preferably <10, more preferably <5.
18. Zähelastischer Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zähelastische Werkstoff bzw. das aus diesem Werkstoff bestehende geformte Endprodukt im SCP oder TCP oder TDP oder SDP Verfahren hergestellt wird, wobei im TDP und SDP Verfahren die Herstellung über ein Vorprodukt erfolgt, das ein mindestens teilweise ausgebildetes Netzwerk aufweist und somit als mindestens teilweise vernetztes Vorprodukt (WP) vorliegt, oder das ein höchstens teilweise ausgebildetes Netzwerk aufweist und somit als inhibiertes Vorprodukt (IVP) vorliegt, oder das als für die Netzwerkbildung nutzbare Keime aufweisendes Vorprodukt (KVP) vorliegt.18. Tough-elastic starch-based material according to one of the preceding claims, characterized in that the tough-elastic material or the molded end product consisting of this material is produced in the SCP or TCP or TDP or SDP process, the production using the TDP and SDP process a preliminary product takes place which has an at least partially formed network and is therefore present as an at least partially networked preliminary product (WP), or at most partially has a trained network and is therefore present as an inhibited preliminary product (IVP), or the preliminary product (KVP) is present as a germ which can be used for the formation of networks.
19. Weichkapsel bzw. Weichkapselhülle bestehend aus dem zähelastischen Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der Ansprüche 1 - 18.19. Soft capsule or soft capsule shell consisting of the tough elastic material based on starch, according to one of claims 1-18.
20. Weichkapsel bzw. Weichkapselhülle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Weichkapsel analog herkömmlichen Gelatine Weichkapseln eingesetzt und verwendet wird und mit einem kontinuierlichen Verkapselungsverfahren, insbesondere mit dem rotary-die Verfahren hergestellt wird, wobei vorzugsweise die Kapsel analog der Ge- latine-Verkapselung aus symmetrisch der Verkapselungsanlage zugeführten Filmen gebildet wird und diese Filme mit gängigen Standardverfahren wie bspw. Extrusions- oder Casting-Verfahren geformt werden, wobei die Verkapselung direkt aus den frisch hergestellten Filmen erfolgen kann oder die Filme vorgängig hergestellt, bsw. als Rollen zwischengelagert und dann für die Verkapselung eingesetzt werden; und a) gegebenenfalls die Netzwerkbildung kurz vor, vorzugsweise bei oder kurz nach der Bildung und Verschweissung der Weichkapsel ausgelöst wird; und b) gegebenenfalls die Verschweissung bei Temperaturen in °C im Bereich 10 - 120, vorzugsweise 15 - 90, noch bevorzugter 20 - 70, am bevorzugtesten 25 - 50 durchgeführt wird; und c) gegebenenfalls eine Wärmebehandlung oder Konditionierung der Weichkapseln sich erübrigt.20. Soft capsule or soft capsule shell according to claim 19, characterized in that the soft capsule is used and used analogously to conventional gelatin soft capsules and is produced using a continuous encapsulation method, in particular using the rotary die method, the capsule preferably being analogous to the gelatin Encapsulation is formed from films fed symmetrically to the encapsulation system and these films are formed using standard methods such as, for example, extrusion or casting processes, the encapsulation being able to take place directly from the freshly produced films or the films having been produced beforehand, for example. temporarily stored as rolls and then used for the encapsulation; and a) if appropriate, the network formation is triggered shortly before, preferably during or shortly after the formation and welding of the soft capsule; and b) optionally the welding is carried out at temperatures in ° C. in the range 10-120, preferably 15-90, more preferably 20-70, most preferably 25-50; and c) if necessary, heat treatment or conditioning of the soft capsules is unnecessary.
21. Hartkapsel bzw. Hartkapselhülle bestehend aus dem zäheiastischen Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der Ansprüche 1 bis 18.21. hard capsule or hard capsule shell consisting of the tough elastic material based on starch, according to one of claims 1 to 18.
22. Hartkapsel bzw. Hartkapselhülle nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dasä die Hartkapsel analog herkömmlichen Gelatine Hartkapseln eingesetzt und verwendet 'wird und die Hartkapsel im Spritzgussverfahren hergestellt wird, wobei a) insbesondere die Netzwerkbildung kurz vor, vorzugsweise bei oder kurz nach der Formung der Hartkapsel ausgelöst wird; und b) gegebenenfalls eine Wärmebehandlung oder Konditionierung der Hartkapseln sich erübrigt; oder die Hartkapsel im Tauchverfahren analog Gelatine Hartkapseln hergestellt wird, wobei insbesondere die Temperatur in °C des NSF im Tauchbad im Bereich 10 - 90, vorzugsweise 20 - 80, noch bevorzugter 30 - 75, am bevorzugtesten 30 - 70 liegt.22 hard capsule or hard capsule shell according to claim 21, characterized in that dasä the hard capsule analogous conventional gelatin hard capsules used and used 'and the hard capsule is produced by injection molding, wherein a) in particular the network formation short of, preferably at or shortly after the forming of the Hard capsule is triggered; and b) if necessary, heat treatment or conditioning of the hard capsules is unnecessary; or the hard capsule is produced in a dipping process analogous to gelatin hard capsules, the temperature in ° C. of the NSF in the dipping bath in particular being in the range 10-90, preferably 20-80, more preferably 30-75, most preferably 30-70.
23. Verpackung basierend auf dem zähelastischen Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der Ansprüche 1 bis 18, insbesondere Verpackung und Barriere für volatile Stoffe wie Riechstoffe und Aromen, wie beispielsweise in Wasser zerfallende Sachets für Parfüms oder Kapseln enthaltend Aromen, Riechstoffe, Badezusätze, Chemikalien und dergleichen.23. Packaging based on the tough elastic starch-based material according to one of claims 1 to 18, in particular packaging and barrier for volatile substances such as fragrances and flavors, such as sachets for perfume or capsules containing water for flavors, fragrances, bath additives, chemicals and like.
24. Formteil basierend auf dem zähelastischen Werkstoff auf Stärkebasis, nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei insbesondere das Formteil als Folie, Film, insbesondere als essbarer Film, als Filament, Makro- oder Mikro-Faser, insbesondere als im Gel- Spinnverfahren hergestellte orientierte Fasern, als Schaum, Granulat, Pulver, in Form von Mikropartikeln, in sprühgetrockneter Form, in expandierter Form, als Formteil, insbesondere als Spritzgussteil, Stranggussteil, Profilgussteil, Tiefziehteil oder als Thermoformteil vorliegt.24. Shaped part based on the tough elastic material based on starch, according to one of claims 1 to 18, wherein in particular the shaped part as a film, film, in particular as an edible film, as a filament, macro or micro fiber, in particular as produced in the gel spinning process oriented fibers, as foam, granules, powder, in the form of microparticles, in spray-dried form, in expanded form, as a molded part, in particular as an injection molded part, continuous casting, profile casting, deep-drawn part or as a thermoformed part.
25. Verwendung des zähelastischen Werkstoffs auf Stärkebasis, nach einem der Ansprüche 1 bis 18 im Lebensmittel-, Galenik-, Kosmetik-, Health Care -, Verpackungs- oder Ag- rarbereich, bsw. als Watte-Stäbchen, Polystyrolschaum-Ersatz, Folie, biorientierte Folie, Verbundfolienkomponente, Membransystem für die Nano,- Mikro- oder Makroenkapsulati- on, Papier-Laminat, Ersatz von Zellstoff, Einmal-Gebrauchskleidung, Geschirr und Besteck, Food-Tray, Trinkhalm, Becher, Lebensmittelverpackung, geschäumter wärmedämmender Lebensmittelbehälter, Kau-Knochen für den Hund, , Einkaufs-Tragtasche, Kehrricht- und Kompostsack, Mulch-Folie, Pflanzentopf, Golf-Tip, Kinderspielzeug. 25. Use of the tough elastic material based on starch, according to one of claims 1 to 18 in the food, galenics, cosmetics, health care, packaging or agricultural sector, etc. as cotton swabs, polystyrene foam replacement, film, bio-oriented film, composite film component, membrane system for nano, micro or macro encapsulation, paper laminate, replacement of cellulose, disposable clothing, dishes and cutlery, food tray, drinking straw , Cups, food packaging, foamed heat-insulating food container, chewing bones for the dog,, shopping carrier bag, rubbish and compost sack, mulch film, plant pot, golf tip, children's toys.
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