Schutz für wertvolle Inhaltsstoffe

Optimale Bedingungen für einen intensiven Wärme- und Stoffaustausch herrschen in der Wirbelschichtanlage. Warme, filtrierte Luft wird über einen Wirbelboden in den Materialbehälter der Anlage geblasen. Eine Verteilerplatte sorgt dafür, dass die Luft eine bestimmte Strömungscharakteristik bekommt. Dadurch werden die Ausgangsstoffe intensiv durchmischt und eine Wirbelschicht entsteht. Jetzt sind die einzelnen Partikel praktisch mit ihrer gesamten Oberfläche dem jeweiligen Medium ausgesetzt. Über das Eindüsen von Flüssigkeiten lassen sich verschiedene Verfahren wie beispielsweise die Mikroverkapselung realisieren, bei der sensible Inhaltsstoffe in eine Matrixstruktur eingebettet und homogen verteilt werden.

Durch Mikroverkapselung entstehen Partikel mit genau definiertem Zustand, die stabil gegen äußere Einflüsse sind. Das Ergebnis ist ein Pulver oder Granulat, in dem der funktionelle Inhaltsstoff von millimeter- beziehungsweise nur mikrometerdünnen Schichten aus Zucker- oder Stärkederivaten, Hydrokolloiden oder anderen Stoffen ummantelt ist.

Jörg Vernau, Diplom-Ingenieur für Verfahrenstechnik beim Lohnhersteller Sternmaid, erklärt die Vorgehensweise anhand eines Beispiels aus dem Bereich der Nahrungsergänzung: „Ein Omega-3-reiches Fischöl soll verkapselt und in Pulverform gebracht werden, um die Haltbarkeit, das Handling und die Compliance zu erhöhen. Die Herausforderung ist, das Fischöl vollständig zu verkapseln und eine Oxidation der wertvollen Omega-3-Fettsäuren sowie unerwünschten Fischgeruch zu vermeiden. Dazu werden zunächst feinste Ölpartikel mit einem Trägerstoff emulgiert und anschließend sprühgranuliert. Durch die in der Wirbelschichtanlage integrierten Düsensysteme wird die Flüssigkeit zerstäubt. Die Fischöltropfen treffen auf vorgelegte Granulatkeime, wobei die Flüssigkeit verdunstet und der Feststoff ringförmig um den Keim aufgetragen wird. Durch das wiederholte Aufbauen von Schichten und das gleichzeitige Trocknen entstehen kompakte, rieselfähige Granulate, die staubarm sind, sich sehr gut dosieren und zu Tabletten verpressen lassen.“

Auch an oral eingenommene pharmazeutische Wirkstoffe werden hohe Anforderungen gestellt: Sie müssen wirksam und verträglich sein und sollen möglichst präzise zum Wirkort gelangen. Für ältere Menschen mit Schluckbeschwerden oder für Kinder verordnen Ärzte oft Medikamente in Form von Suspensionen oder Tabletten, die schnell im Mund zerfallen. Um den Wirkstoff dennoch gezielt dort freizusetzen, wo er den gewünschten Effekt hat, wird er in Mikrokapseln eingebettet. Aus dieser Verkapselung können die Aktivstoffe bereits im Mund durch das pH-Milieu oder die Speichelenzyme freigesetzt werden: beispielsweise schmelzen lipidhaltige Mikrokapseln durch die Mundwärme; oder Amylasen im Speichel bauen Kapselmembranen ab. Andere, für den Darm bestimmte Wirkstoffe können in säuretoleranten Kapseln sogar eine Passage durch den Magen überstehen. Mithilfe der Verkapselung lassen sich auch besonders unangenehme, bittere Geschmackskomponenten maskieren, was die Einnahme gerade für Kinder sehr erleichtert.

Darüber hinaus ist die Geschwindigkeit der Wirkstofffreisetzung ein entscheidendes Kriterium für die Verträglichkeit von Arzneimitteln. Bestimmte Medikamente wie Aspirin oder auch Kaliumchlorid-Präparate schädigen in hoher Dosierung die Magenschleimhaut und können auf Dauer zu Geschwüren führen. Mikroverkapselte Wirkstoffe werden verzögert abgegeben und erhöhen die Magenverträglichkeit des Medikaments im Vergleich zur herkömmlichen, schnell zerfallenden Tablette. Statt auf einmal freigesetzt zu werden, diffundiert beispielsweise Acetylsalicylsäure in geringen, kontinuierlichen Dosen durch die Kapselwände.

Die zeitversetzte Wirkstofffreisetzung findet auch bei Probiotika Anwendung. Nur wenn diese Mikroorganismen lebend den Dünndarm erreichen, haben sie eine Chance, sich zu vermehren und die Darmflora günstig zu beeinflussen. Voraussetzung ist, dass sie die Magenpassage überstehen. Probiotische Bakterien, die den Dickdarm erreichen sollen, müssen sogar noch im Dünndarm vor Gallensäuren und Verdauungsenzymen geschützt werden. Um probiotische Kulturen zum Beispiel in Nahrungsergänzungsmitteln gezielt und unbeschadet in den Darmtrakt zu bringen, werden sie in Mikrokapseln angereichert, die sich abhängig vom pH-Wert öffnen oder auflösen.

Magensaftresistenz lässt sich auch durch ein Coating erreichen. Beim Coaten werden die einzelnen Teilchen mit einer Schicht überzogen, die dem Produkt eine spezifische Funktionalität verleiht. Hierfür gibt es unterschiedliche Verfahren. Die Wirbelschichttechnologie sorgt dafür, dass jeder einzelne Partikel sehr exakt mit einer definierten Menge an Coatingmaterial überzogen und gleichzeitig getrocknet wird. Im Luftstrom werden die Partikel von einer Flüssigkeit ummantelt. Ein feiner, gleichmäßiger Überzug aus beispielsweise geschmolzenen Fetten, in Wasser gelöstem Zucker oder funktionellen Polymermischungen soll den Feststoff vor äußeren Einflüssen wie Licht, Sauerstoff oder Feuchtigkeit schützen. In der pharmazeutischen Industrie werden häufig Polymercoatings eingesetzt. Bestimmte Polymere bleiben bei niedrigen pH-Werten stabil und lösen sich erst im neutralen Milieu auf. Auch zur optischen Aufwertung oder Geschmacksmaskierung können Partikel mit einer Coatingschicht ummantelt werden.

Beim Hot Melt Coating werden die Coatingbestandteile – üblicherweise Lipide – in einem Behälter eingeschmolzen. Die Schmelze wird dann über eine beheizte Düse auf die in der Wirbelschicht schwebenden Wirkstoffpartikel gesprüht. Sie kühlt rasch auf deren Oberfläche ab und bildet einen gleichmäßigen Überzug. Auf diese Weise können neben der Geschmacksmaskierung zudem mehrere Aktivstoffe in eine einzelne Darreichungsform eingebracht werden. Dies gilt sogar für solche Wirkstoffe, die sonst nicht kombinierbar wären, beispielsweise weil ein Stoff die chemische Stabilität des anderen beeinträchtigen würde wie bei Eisen und Vitamin C.

Neben Mikroverkapselungen und Coatings können mit der Wirbelschichttechnologie auch Trocknungsvorgänge, Granulationen und Agglomerationen durchgeführt werden. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig. Für kleinere Unternehmen oder Hersteller mit häufig wechselndem Portfolio ist es allerdings eine Herausforderung, kostspielige Anlagen zu installieren oder Technologien kontinuierlich auf den neuesten Stand zu bringen. Die Auslagerung der Produktion kann daher eine sinnvolle Lösung sein, denn sie entlastet und schafft Kapazitäten. Lohnhersteller halten ihren Kunden den Rücken für Kernkompetenzen wie Entwicklung, Forschung oder Marketing frei. Als Spezialist für maßgeschneiderte Lösungen beim Mischen, Veredeln und Abfüllen pulvriger Lebensmittelinhaltsstoffe sowie pharmazeutischer Wirk- und Hilfsstoffe ist Sternmaid sehr gut für die Verarbeitung funktioneller Ingredients aufgestellt. Die multifunktionale Wirbelschichtanlage des Unternehmens kann im Batch- oder im kontinuierlichen Verfahren betrieben werden. Mit weiteren Leistungen wie Lagerhaltung, Co-Packing, Logistik und Einkauf bietet Sternmaid einen umfassenden Service aus einer Hand.

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