Verkapseln als Problemlösung
Veröffentlichung in der Zeitschrift "Getränkeindustrie" 2/2011, Seite 40-41: Herstellung von Nano- und Mikropartikel sorgt für längere Haltbarkeit von Zutaten und Produkten
25. Februar 2011, 16:49 Uhr · Quelle: Pressebox
(pressebox) Homburg, 25.02.2011 - Begrenzte Stabilität, unangenehmer Geschmack oder Geruch, negative Auswirkungen auf andere Zutaten oder Löslichkeits- und Mischbarkeitsprobleme - das sind nur einige der Probleme, die beim Einsatz mancher Zusatzstoffe bei der Getränkeherstellung auftreten können. Abhilfe verspricht hier die Verkapselung und Beschichtung der Substanzen.
In der Getränkeindustrie werden funktionelle Zusatzstoffe gerne eingesetzt um dem Produkt einen gewissen Mehrwert zu verleihen. Beispielsweise liegen Omega-3-Fettsäuren im Trend, versprechen sie doch eine präventive Wirkung bei Arteriosklerose und koronaren Herzerkrankungen. Wie aber können der unangenehme Fischölgeschmack und Geruch bei ihrem Einsatz in Getränken vermieden werden? Nur ohne diese negativen "Nebenwirkungen" kann ein modernes, erfolgreiches Produkt kreiert werden.
Eine weitere Herausforderung: Vitamine als Zusatzstoffe können zu Kompatibilitätsproblemen und Veränderungen des pH-Werts des Getränks führen, was sich, wenn natürliche Farbstoffe eingesetzt werden, negativ auf die Farbe des Produkts auswirken kann. Oder: die Zugabe einer schlecht löslichen Zutat wie beispielsweise Riboflavin kann zur Trübung führen und somit zum unakzeptablen Aussehen des Produkts. Als weiteres Beispiel können Stabilitätsprobleme genannt werden, die häufig bei der Aufbewahrung und Bearbeitung der einzelnen Getränkezutaten wie bei Aromastoffen oder deren Gemische auftreten.
Im Resümee werden also preiswerte und auf eine industrielle Skala umsetzbare Antworten auf Herausforderungen gesucht, die unter Anwendung unbedenklicher Substanzen und zugelassener Lebensmittelzusatzstoffe die Qualität des Produkts verbessern und Anreicherung der Getränke mit "schwierigen" Zutaten ermöglichen. Ein Lösungsweg ist die Verkapselung und Beschichtung (Coating) von Partikeln.
Einsatz und Vorteile der Verkapselung
Bei Omega-3-Fettsäuren beispielsweise werden dank der Verkapselung Geruch und Geschmack maskiert. Gleichzeitig erlaubt sie, dass die nicht mit Wasser mischbare Zutat in das wässrige Getränk eingearbeitet werden kann.
Die von der saarländischen Firma MJR PharmJet GmbH entwickelte Mikrojetreaktor-Technologie bietet Anwendungsmöglichkeiten zur Verkapselung und zum Coating der problematischen Stoffe, wie beispielsweise bei den eingesetzten Aromastoffen, deren Stabilität erhöht und gleichzeitig die Verarbeitung erleichtert wird. Da die verkapselten Aromen weniger empfindlich gegen äußere Einflüsse sind, erhöht sich auch ihre Haltbarkeit. Die vorgesehenen Anwendungen des Mikrojetreaktors in der Getränkeindustrie gehen jedoch noch wesentlich weiter: Schutz der Substanzen vor äußeren Einflüssen wie die der Zersetzung durch Hitze und Licht, Oxidation und Hydrolyse, die Reaktion mit anderen Verbindungen oder Verdunstung.
Die Vorteile der neuen Technologie liegen auf der Hand: Sie bietet eine Verbesserung von Eigenschaften wie Löslichkeit im Wasser und Bioverfügbarkeit sowie die Vermittlung technologischer Vorteile, zum Beispiel einfachere Dosierbarkeit und Handhabbarkeit von trockenen Pulvern oder die Elimination und Reduktion nachteiliger Eigenschaften wie unangenehmer Geschmäcker und Gerüche. Als positiver Nebeneffekt verringern sich die Verpackungskosten, weil stabilisierte Zutaten eine weniger aufwendige Verpackung erfordern.
Großer Anwendungsbereich
Bei der Anwendung der Mikrojetreaktor-Technologie können fast beliebige Partikelgrößen erreicht werden. Durch die Einstellung der Partikelgröße im Submikrobereich werden auch bei längerer Lagerung sehr stabile Suspensionen hergestellt, die als homogene Flüssigkeiten und nicht als Partikellösung vom Verbraucher wahrgenommen werden. Durch die weitere Verkleinerung können transparente Partikel gewonnen werden, deren Zugabe ins Getränk keine Veränderung der Farbeigenschaften verursacht.
Neben der klassischen Verwendung zur Stabilisierung oder zur Geruchs- und Geschmacksmaskierung eröffnen sich für die Mikrojetreaktor-Technologie in der Getränkeindustrie immer wieder neue Einsatzgebiete, wie z. B. die Herstellung funktionaler Partikel mit einer kontrollierten Freisetzung bei bestimmten Parametern wie pH-Wert, Temperatur, Zeit oder Feuchtigkeit. So beschäftigt sich das saarländische Unternehmen aktuell beispielsweise mit Verkapselungen von Substanzen, die nacheinander oder erst bei einer bestimmten Temperatur freigesetzt werden. Die ersten Produkte für die Lebensmittel- und Nahrungsergänzungsbranche befinden sich zurzeit in der Entwicklungsphase.
Wirkweise der Technologie
Die Technologie basiert auf der Anwendung eines Mikroreaktors von der Größe einer Streichholzverpackung, in dessen Mitte sich, vereinfacht dargestellt, zwei feine Flüssigkeitsstrahlen mit den Reaktanden als gelöste Inhaltsstoffe treffen. Dank dem patentierten Reaktoraufbau kommt es zu einer sehr schnellen und intensiven Mischung dieser Strahlen. Eine Mischungszeit unter 0,1 ms wird erreicht. Auf diese Weise werden ideale Bedingungen für die Bildung von Partikel geschaffen. Weitere Vorteile der Mikrojetreaktor-Technologie sind eine steuerbare Partikelgröße, eine möglichst enge Partikelgrößenverteilung sowie die Möglichkeit zum Scale up des Prozesses. Die Herstellung erfolgt im komplett geschlossenen System, es besteht fast kein Risiko einer mikrobiologischen Kontamination.
Warum ist diese Technologie unbedenklich? "Mit Hilfe der Mikrojetreator-Technologie können nicht nur Nanopartikel sondern auch Partikel im Submikro- (100 bis 1000 Nanometer) und Mikrometer-Größenbereich hergestellt werden", erklärt Dr. Bernd Baumstümmler, Geschäftführer des Unternehmens an der saarländischen Universitätsklinik in Homburg. Die Herstellungsanlagen seien unter höchsten Qualitätsstandards, gemäß den GMP-Anforderungen, konzipiert. Dadurch seien höchste Herstellungstransparenz und Produktsicherheit garantiert. Eine Fehlbedienung ist nicht möglich. Darüber hinaus beeinflusst die Veränderung der Prozessparameter, wie z. B. Druck oder Reaktortemperatur, direkt die Qualität des Produktes. Durch die einfache Überwachung dieser Parameter kann eine konstante Produktqualität gemäß dem "Quality by Design"-Ansatz gewährleistet werden. "Die Unbedenklichkeit der Mikrojetreaktor-Technologie ist auch auf die Nicht-Verwendung toxischer organischer Lösungsmittel beim Herstellungsprozess zurückzuführen, die bei den alternativen Technologien zur Stabilisierung der Partikelstrukturen häufig notwendig sind", so Dr. Baumstümmler. Während der Herstellung werden sowohl beim Verkapselungsmaterial als auch bei weiteren, im Prozess notwendigen Substanzen, nur zugelassene Lebensmittelzusatzstoffe verwendet.
In der Getränkeindustrie werden funktionelle Zusatzstoffe gerne eingesetzt um dem Produkt einen gewissen Mehrwert zu verleihen. Beispielsweise liegen Omega-3-Fettsäuren im Trend, versprechen sie doch eine präventive Wirkung bei Arteriosklerose und koronaren Herzerkrankungen. Wie aber können der unangenehme Fischölgeschmack und Geruch bei ihrem Einsatz in Getränken vermieden werden? Nur ohne diese negativen "Nebenwirkungen" kann ein modernes, erfolgreiches Produkt kreiert werden.
Eine weitere Herausforderung: Vitamine als Zusatzstoffe können zu Kompatibilitätsproblemen und Veränderungen des pH-Werts des Getränks führen, was sich, wenn natürliche Farbstoffe eingesetzt werden, negativ auf die Farbe des Produkts auswirken kann. Oder: die Zugabe einer schlecht löslichen Zutat wie beispielsweise Riboflavin kann zur Trübung führen und somit zum unakzeptablen Aussehen des Produkts. Als weiteres Beispiel können Stabilitätsprobleme genannt werden, die häufig bei der Aufbewahrung und Bearbeitung der einzelnen Getränkezutaten wie bei Aromastoffen oder deren Gemische auftreten.
Im Resümee werden also preiswerte und auf eine industrielle Skala umsetzbare Antworten auf Herausforderungen gesucht, die unter Anwendung unbedenklicher Substanzen und zugelassener Lebensmittelzusatzstoffe die Qualität des Produkts verbessern und Anreicherung der Getränke mit "schwierigen" Zutaten ermöglichen. Ein Lösungsweg ist die Verkapselung und Beschichtung (Coating) von Partikeln.
Einsatz und Vorteile der Verkapselung
Bei Omega-3-Fettsäuren beispielsweise werden dank der Verkapselung Geruch und Geschmack maskiert. Gleichzeitig erlaubt sie, dass die nicht mit Wasser mischbare Zutat in das wässrige Getränk eingearbeitet werden kann.
Die von der saarländischen Firma MJR PharmJet GmbH entwickelte Mikrojetreaktor-Technologie bietet Anwendungsmöglichkeiten zur Verkapselung und zum Coating der problematischen Stoffe, wie beispielsweise bei den eingesetzten Aromastoffen, deren Stabilität erhöht und gleichzeitig die Verarbeitung erleichtert wird. Da die verkapselten Aromen weniger empfindlich gegen äußere Einflüsse sind, erhöht sich auch ihre Haltbarkeit. Die vorgesehenen Anwendungen des Mikrojetreaktors in der Getränkeindustrie gehen jedoch noch wesentlich weiter: Schutz der Substanzen vor äußeren Einflüssen wie die der Zersetzung durch Hitze und Licht, Oxidation und Hydrolyse, die Reaktion mit anderen Verbindungen oder Verdunstung.
Die Vorteile der neuen Technologie liegen auf der Hand: Sie bietet eine Verbesserung von Eigenschaften wie Löslichkeit im Wasser und Bioverfügbarkeit sowie die Vermittlung technologischer Vorteile, zum Beispiel einfachere Dosierbarkeit und Handhabbarkeit von trockenen Pulvern oder die Elimination und Reduktion nachteiliger Eigenschaften wie unangenehmer Geschmäcker und Gerüche. Als positiver Nebeneffekt verringern sich die Verpackungskosten, weil stabilisierte Zutaten eine weniger aufwendige Verpackung erfordern.
Großer Anwendungsbereich
Bei der Anwendung der Mikrojetreaktor-Technologie können fast beliebige Partikelgrößen erreicht werden. Durch die Einstellung der Partikelgröße im Submikrobereich werden auch bei längerer Lagerung sehr stabile Suspensionen hergestellt, die als homogene Flüssigkeiten und nicht als Partikellösung vom Verbraucher wahrgenommen werden. Durch die weitere Verkleinerung können transparente Partikel gewonnen werden, deren Zugabe ins Getränk keine Veränderung der Farbeigenschaften verursacht.
Neben der klassischen Verwendung zur Stabilisierung oder zur Geruchs- und Geschmacksmaskierung eröffnen sich für die Mikrojetreaktor-Technologie in der Getränkeindustrie immer wieder neue Einsatzgebiete, wie z. B. die Herstellung funktionaler Partikel mit einer kontrollierten Freisetzung bei bestimmten Parametern wie pH-Wert, Temperatur, Zeit oder Feuchtigkeit. So beschäftigt sich das saarländische Unternehmen aktuell beispielsweise mit Verkapselungen von Substanzen, die nacheinander oder erst bei einer bestimmten Temperatur freigesetzt werden. Die ersten Produkte für die Lebensmittel- und Nahrungsergänzungsbranche befinden sich zurzeit in der Entwicklungsphase.
Wirkweise der Technologie
Die Technologie basiert auf der Anwendung eines Mikroreaktors von der Größe einer Streichholzverpackung, in dessen Mitte sich, vereinfacht dargestellt, zwei feine Flüssigkeitsstrahlen mit den Reaktanden als gelöste Inhaltsstoffe treffen. Dank dem patentierten Reaktoraufbau kommt es zu einer sehr schnellen und intensiven Mischung dieser Strahlen. Eine Mischungszeit unter 0,1 ms wird erreicht. Auf diese Weise werden ideale Bedingungen für die Bildung von Partikel geschaffen. Weitere Vorteile der Mikrojetreaktor-Technologie sind eine steuerbare Partikelgröße, eine möglichst enge Partikelgrößenverteilung sowie die Möglichkeit zum Scale up des Prozesses. Die Herstellung erfolgt im komplett geschlossenen System, es besteht fast kein Risiko einer mikrobiologischen Kontamination.
Warum ist diese Technologie unbedenklich? "Mit Hilfe der Mikrojetreator-Technologie können nicht nur Nanopartikel sondern auch Partikel im Submikro- (100 bis 1000 Nanometer) und Mikrometer-Größenbereich hergestellt werden", erklärt Dr. Bernd Baumstümmler, Geschäftführer des Unternehmens an der saarländischen Universitätsklinik in Homburg. Die Herstellungsanlagen seien unter höchsten Qualitätsstandards, gemäß den GMP-Anforderungen, konzipiert. Dadurch seien höchste Herstellungstransparenz und Produktsicherheit garantiert. Eine Fehlbedienung ist nicht möglich. Darüber hinaus beeinflusst die Veränderung der Prozessparameter, wie z. B. Druck oder Reaktortemperatur, direkt die Qualität des Produktes. Durch die einfache Überwachung dieser Parameter kann eine konstante Produktqualität gemäß dem "Quality by Design"-Ansatz gewährleistet werden. "Die Unbedenklichkeit der Mikrojetreaktor-Technologie ist auch auf die Nicht-Verwendung toxischer organischer Lösungsmittel beim Herstellungsprozess zurückzuführen, die bei den alternativen Technologien zur Stabilisierung der Partikelstrukturen häufig notwendig sind", so Dr. Baumstümmler. Während der Herstellung werden sowohl beim Verkapselungsmaterial als auch bei weiteren, im Prozess notwendigen Substanzen, nur zugelassene Lebensmittelzusatzstoffe verwendet.
