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Technisches
Gebiet und Stand der Technik
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In
der Lebensmittelindustrie ist allgemein bekannt, dass der Zusatz
von Aromastoffen in hohem Maße zur
Schmackhaftigkeit essbarer Verbrauchsgüter beiträgt; daher ist es von höchster Wichtigkeit,
die Produktion von Lebensmittelprodukten zu gewährleisten, die eine gleichmäßige Geschmacksqualität haben
und daher für den
Verbraucher attraktiv sind. Dies lässt sich erreichen, indem für eine exakte
Aromafreisetzung gesorgt wird. Tatsächlich werden Geschmack und
Aroma stark von flüchtigen
Komponenten beeinflusst, die sich in solchen Produkten befinden.
Wegen der Flüchtigkeit
dieser Verbindungen lässt
es sich jedoch nicht leicht sicherstellen, dass die zuvor bestimmten
kritischen Mengen jeder Aromakomponente bei der Lebensmittelverarbeitung, beim
Kochen und Backen, beim Transport und bei der Lagerung und schließlich bei
der Zubereitung des Lebensmittelprodukts durch den Verbraucher selbst
konstant bleiben.
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Die
Abnahme flüchtiger
Komponenten in den Lebensmittelprodukten kann zu unerwünschten Änderungen
in Geschmack und Aroma der Produkte führen, wie sie vom Verbraucher
wahrgenommen werden. Auf der anderen Seite können flüchtige Komponenten auch dadurch
abnehmen, dass manche Aromastoffe durch Wechselwirkung mit Reaktionspartnern
in ihrer Umgebung in nicht gewollte und weniger erwünschte oder
geschmacklose Chemikalien umgewandelt werden. Sauerstoff ist ein
Beispiel für
diese Art von Reaktionspartnern, da er die Umwandlung mehrerer labiler
Aromastoffe begünstigt,
deren Verwendung in der Industrie gängig und entscheidend ist.
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Daher
ist es nicht überraschend
zu sehen, dass zur Verringerung oder Beseitigung der oben genannten
Probleme in Verbindung mit flüchtigen
und labilen Aromakomponenten verschiedene Versuche unternommen wurden,
um solche Komponenten in bestimmten Kohlenhydratmatrizes zu verkapseln,
um so die Flüchtigkeit
oder Labilität
dieser Komponenten zu verringern. Flüchtige Aroma- oder Riechstoffe
werden also in amorphen festen Materialien verkapselt, um sie bis
zum Gebrauch vor Verdampfen, chemischen Reaktionen und physikalischen
Wechselwirkungen zu schützen.
Feste Formulierungen erleichtern die Handhabung von Aromen und Riechstoffen
durch den Verbraucher, und die Kosten für ihre Verwendung sind im Allgemeinen günstiger.
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Ein
weiterer wichtiger Grund für
die Verkapselung von Aromen und Riechstoffen ist die kinetische
Kontrolle der Aroma- oder
Riechstofffreisetzung, um durch sequenzielle Freisetzung sensorische
Wirkungen zu induzieren. In Anbetracht der steigenden Nachfrage
aus der Industrie für
Abgabesysteme, die eine kontrollierte Freisetzung von Aroma- oder
Riechstoffen ermöglichen,
ist die Verbesserung der technischen Herstellung von stabilen, rieselfähigen Pulvern,
die die Aroma- oder Riechstoffzusammensetzungen für die letztgenannte
Aroma- oder Riechstofffreisetzung enthalten, immer von äußerster
Bedeutung.
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Der
Stand der Technik hat daher eine Reihe von Methoden zur Herstellung
verkapselter flüchtiger
Verbindungen entwickelt. Im Wesentlichen offenbart die Literatur
auf dem Gebiet der Erfindung die Verkapselung von Aromastoffen in
glasartigen Polymermaterialien.
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Das
Verständnis
des glasartigen Zustands und seiner Bedeutung bei Lebensmittelprodukten
hat in den letzten Jahren beträchtlich
zugenommen. Zur Erzeugung glasartiger Zustände wurden verschiedene Verfahren
beschrieben. Das Konzept der Glasübergangstemperatur (Tg) ist
in der Literatur gut beschrieben. Sie stellt die Übergangstemperatur
von einem kautschukartigen flüssigen
Zustand zu einem glasartigen festen Zustand dar; ein solcher Übergang
ist durch eine rasche Viskositätszunahme über mehrere
Größenordnungen und über einen
ziemlich kleinen Temperaturbereich gekennzeichnet. Von vielen Experten
auf diesem Gebiet wird anerkannt, dass im glasartigen Zustand, d.
h. bei Temperaturen unter Tg, jede molekulare Translationsbewegung
zum Stillstand gekommen sind, und es ist dieser Prozess, der für ein solch
effizientes Einschließen der flüchtigen
Aromastoffe sorgt und andere chemische Abläufe wie Oxidation verhindert.
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Ein
großer
Teil der Literatur beinhaltet implizit den Umkehrschluss, dass nämlich die
Verkapselung von Aromamolekülen
bei Temperaturen oberhalb Tg ineffizient ist und es folglich wichtig
ist, Polymermaterialien zum Verkapseln mit Tg-Werten oberhalb Raumtemperatur
herzustellen.
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Der
physikalische Zustand eines verkapselten Aromasystems lässt sich
also durch die Differenz (T–Tg)
ausdrücken,
wobei T die das System umgebende Temperatur ist, d. h. die Extrusionstemperatur,
wenn auf den Verkapselungsprozess Bezug genommen wird, und die Raum-
oder Lagerungstemperatur, nämlich eine
Temperatur von üblicherweise
zwischen 20 und 25 °C,
wenn auf die Lagerung des Endprodukts nach Beendigung des Prozesses
Bezug genommen wird.
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Wenn
T gleich Tg ist, entspricht die Umgebungstemperatur der Glasübergangstemperatur
des Systems; wenn (T–Tg)
negativ ist, befindet sich das System im glasartigen Zustand, und
je negativer die Differenz ist, desto viskoser ist das System. Im
kautschukartigen Zustand, d. h. wenn (T–Tg) positiv ist, ist das System dagegen
um so weniger viskos, je positiver die Differenz ist.
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Die
Differenz (T–Tg)
entwickelt sich während
der verschiedenen Schritte eines Verkapselungsprozesses und ist
für die
Veränderungen
im physikalischen Zustand und die Viskosität des Systems repräsentativ.
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Bei
den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren wird im Allgemeinen
im ersten Schritt des Verkapselungsprozesses eine homogene Mischung
aus Aromastoffen und Kohlenhydratmatrix hergestellt, die dann so
erhitzt wird, dass die Temperatur der Mischung größer ist
als die Glasübergangstemperatur
der Matrix, damit sich eine geschmolzene Masse bildet. Genauer gesagt
ist die Differenz (T–Tg)
des Systems im ersten Schritt der Verfahren des Standes der Technik
sehr positiv, was zu einer niedrigviskosen kautschukartigen Schmelze
führt.
Die geschmolzene Masse wird dann durch eine Düse extrudiert.
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Nach
dem Extrusionsschritt umfassen alle im Stand der Technik beschriebenen
Verfahren einen weiteren Schritt, der es ermöglicht, die Differenz (T–Tg) zu
verkleinern, mit anderen Worten, die Viskosität des Systems zu erhöhen, um
es viskos genug zu machen, dass es zu den gewünschten Partikeln geformt werden kann.
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Die
Patentliteratur auf dem Gebiet der Erfindung offenbart verschiedene
Wege, um (T–Tg)
nach dem Extrusionsschritt zu verkleinern, entweder indem man die
Temperatur T durch einen Abkühlungsschritt
senkt, oder indem man die Glasübergangstemperatur
Tg durch einen Trocknungsschritt erhöht.
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Ein
typisches Beispiel für
Extrusionsmethoden zur Herstellung verkapselter flüchtiger
Verbindungen liefert die
US 4,707,367 ,
die ein Verfahren zur Herstellung einer festen Zusammensetzung mit
etherischem Öl beschreibt,
die einen hohen Gehalt an etherischem Öl besitzt, das in dem extrudierten
teilchenförmigen
Feststoff vollständig
verkapselt ist. Das dort beschriebene Verfahren umfasst die Bildung
einer homogenen Mischung, die Matrixkomponenten und ein etherisches Öl als Aromastoff
zusammen enthält,
und das Extrudieren dieser homogenen Schmelze in ein relativ kühles flüssiges Lösungsmittel.
Der Abkühlungsschritt
induziert die Verfestigung und ermöglicht die Bildung eines festen
extrudierten Materials, das weiter getrocknet und mit einem Antibackmittel
kombiniert wird, damit sich eine stabile und relativ unhygroskopische
teilchenförmige
Zusammensetzung mit etherischem Öl
in verkapselter Form bildet.
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Die
US 2,856,291 offenbart ebenfalls
ein Verfahren zur Herstellung fester Aromazusammensetzungen, das
die Bildung einer heißen,
flüssigen
Emulsion aus einem flüchtigen
Aromastoff in einer geschmolzenen Zuckerbase, das Extrudieren der
heißen
Emulsion in Form eines kontinuierlichen Strangs und das Abkühlen des
Strangs in einen plastischen Zustand umfasst, wodurch die Differenz
(T–Tg)
kleiner wird, so dass der Strang in stabförmige Elemente zerteilt werden
kann.
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Eine
andere Möglichkeit,
um (T–Tg)
zu verkleinern, besteht darin, die Glasübergangstemperatur Tg zu erhöhen. Dem
Fachmann ist allgemein bekannt, dass das Eindringen von Wasser in
das System die Tg deutlich senken kann; um die Tg zu erhöhen, kann
daher ein Trocknungsschritt durchgeführt werden. Dieses Verfahren
wird bei der Feuchtgranulierung verwendet. Beispielsweise beschreibt
die EP-A2-202409 ein Verfahren zur Herstellung stabiler, sphärischer
Partikel mit lebensfähigen
Mikroorganismen, welches die Schritte umfasst: Mischen eines Kulturkonzentrats
mit einem Füllstoff
zur Bildung eines homogen Feuchtgranulats, Extrudieren des Feuchtgranulats
durch eine Düse
zur Herstellung von Filamenten mit einem Durchmesser von etwa der
Größe der gewünschten
Kügelchen
und anschließend
Verwendung eines Sphäronisators,
der eine Platte umfasst, die mit einer Tangentialgeschwindigkeit
rotiert, die ausreicht, dass die Filamente zu diskreten sphärischen
Partikeln geformt werden, und schließlich Trocknen der Partikel.
Vor dem Trocknungsschritt ist die Glasübergangstemperatur der extrudierten
Masse wegen des großen
Anteils an Wasser, das als Lösungsmittel
verwendet wird, relativ gering. Der zusätzliche Trocknungsschritt ist
daher notwendig, um etwas Wasser aus dem System zu verdampfen und
so die Tg auf einen Wert zu erhöhen,
der ausreicht, um ein Produkt zu erhalten, das bei Raumtemperatur
gelagert werden kann.
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Die
oben beschriebenen Verfahren des Standes der Technik weisen beträchtliche
Nachteile auf.
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Zunächst liefern
alle diese Verfahren am Ende des Extrusionsschritts eine extrudierte
geschmolzene Masse, die nicht viskos genug ist, um sie zum gewünschten
Endprodukt formen zu können.
Folglich erfordern alle diese Verfahren nach dem Extrusionsschritt
einen weiteren Schritt (Trocknen oder Abkühlen), der darauf abzielt,
die Viskosität
des Systems zu erhöhen,
also die Differenz (T–Tg)
zu verkleinern.
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Außerdem führt der
Formgebungsschritt der oben beschriebenen Verfahren bei Pulvern
oder Granulaten vom Matrixtyp häufig
zu einer Teilchengrößenverteilung,
die einer breiteren oder engeren Gauss-Verteilung folgt. Je viskoser
das System bei dem Formgebungsschritt ist, desto breiter ist die
Verteilung. Abhängig von
der für
das extrudierte Produkt vorgesehenen Anwendung kann jedoch die Möglichkeit,
Größe und Homogenität des extrudierten
Materials steuern zu können,
von äußerster
Wichtigkeit sein. Es ist dann sehr wichtig, dass sich eine enge
Größenverteilung
mit einem minimalen Anteil von Kapseln erhalten lässt, die
größer oder kleiner
sind als die für
den vorgesehenen Zweck gewünschte
mittlere Größe.
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In
den Fällen,
bei denen ein Vermahlungsschritt durchgeführt wird, nachdem das extrudierte
Material unter seine Glasübergangstemperatur
abgekühlt
wurde, führt
dieser Vermahlungsschritt neben der breiten Teilchengrößenverteilung
wegen der Härte
des Materials unvermeidlich zu einem gewissen Materialverlust, und
es kann auch vorkommen, dass die verkapselte flüchtige Verbindung bei diesem
Schritt Schaden nimmt.
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Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bietet eine Lösung für die Probleme, denen man im
Stand der Technik begegnet.
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Ein
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren, um
ein Abgabesystem zur kontrollierten Freisetzung eines Aroma- oder
Riechstoffs oder einer Aroma- oder Riechstoffzusammensetzung in Granulatform
zu bringen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- a) Herstellen einer Mischung einer kontinuierlichen Trägerphase,
die fein verteilt darin einen flüchtigen
Aroma- oder Riechstoff oder eine flüchtige Aroma- oder Riechstoffzusammensetzung
enthält
und einen so geringen Wassergehalt hat, dass sichergestellt ist,
dass die Glasübergangstemperatur
der Mischung die Glasübergangstemperatur
des Endprodukts ist;
- b) Erhitzen dieser Mischung in einem Schneckenextruder auf eine
Temperatur zwischen 90 und 130 °C
unter Bildung einer geschmolzenen Masse; und
- c) Extrudieren der geschmolzenen Masse durch eine Düse und Abschneiden
der geschmolzenen Masse unmittelbar wenn sie die Düse verlässt, d.
h. bei der Extrusionstemperatur. Tatsächlich ist die geschmolzene
Masse, wenn sie die Düse
verlässt,
bereits in einem plastischen Zustand und somit zum Schneiden ausreichend
viskos.
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Die
Erfindung stellt, ein optimiertes Verfahren zur Formgebung eines
Abgabesystems bereit und verhindert mehrere Nachteile, denen man
bei den im Stand der Technik beschriebenen Systemen begegnet. Tatsächlich ermöglicht es
das erfindungsgemäße Verfahren
im Gegensatz zu allen früheren
Systemen, die geschmolzene Masse unmittelbar bei Verlassen der Düse zu formen
und insbesondere abzuschneiden, um das gewünschte Granulat herzustellen.
Dies ist mit den Systemen des Standes der Technik nicht möglich, die
wegen der niedrigen Viskosität
der geschmolzenen Masse beim Extrusionsschritt nach der Extrusion
alle einen Abkühlungs-
oder Trocknungsschritt benötigen
und daher Partikel mit einer breiten Größenverteilung liefern, die
die oben erwähnten
Nachteile aufweisen.
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Im
Gegensatz zu diesen Systemen stellt die Erfindung ein optimiertes
Verfahren zur Herstellung einer verkapselten flüchtigen Verbindung oder Zusammensetzung
bereit, nämlich
eines Aroma- oder Riechstoffs oder einer Aroma- oder Riechstoffzusammensetzung,
das es ermöglicht,
das Granulat unmittelbar zu formen, wenn die geschmolzene Masse
die Düse
verlässt,
und so Partikeln mit einer besonders engen Größenverteilung zu produzieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren
hat ferner den Vorteil, dass sich weitere Schritte vermeiden lassen,
die im Stand der Technik nach der Extrusion erforderlich waren,
um die Viskosität
des Systems vor der Formgebung zu erhöhen.
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Im
ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Aroma- oder Riechstoff oder die Aroma- oder Riechstoffzusammensetzung
in der aus dem Träger
bestehenden kontinuierlichen Phase, nämlich einer Kohlenhydratmatrix,
unter Bildung einer Mischung fein verteilt. Zu der Mischung wird
eine geringe Menge Wasser gegeben, um sicherzustellen, dass die
Glasübergangstemperatur
Tg der resultierenden Mischung dem gewünschten Tg-Wert des Endprodukts
entspricht und im Wesentlichen die Gleiche ist. Mit anderen Worten
hat die Glasübergangstemperatur
der Mischung vor Extrusion im Gegensatz zu den Verfahren des Standes
der Technik, beispielsweise der Feuchtgranulierung, bereits den
für das
Endprodukt erforderlichen Wert, wobei die Temperatur oberhalb Raumtemperatur
und vorzugsweise oberhalb 40 °C
liegt, so dass das Produkt bei Raumtemperatur in Form eines rieselfähigen Pulvers
gelagert werden kann. Folglich benötigt das erfindungsgemäße Verfahren
nach der Extrusion keine weiteren Trocknungsschritte zur Entfernung
von Wasser, um die Tg auf einen akzeptablen Wert zu erhöhen.
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Im
zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Mischung
dann in einer Extrudervorrichtung extrudiert, die die Temperatur
der Mischung auf einer vorher festgelegten Temperatur zwischen 90
und 130 °C
hält. Diese
Temperatur wird an das System der Erfindung angepasst: Als Erstes
muss sie oberhalb der Glasübergangstemperatur
der Kohlenhydratmatrix liegen, um die Mischung in Form einer geschmolzenen Masse
zu halten. Außerdem
besteht die Mischung, die extrudiert wird, aus einer kontinuierlichen
Phase, die fein verteilt darin eine Wirkstoffverbindung oder -zusammensetzung
enthält,
wobei Letztere eine disperse Phase darstellen. Diese beiden Phasen
weisen Viskositätswerte
auf, die sich um Größenordnungen
unterscheiden, und es ist allgemein bekannt, dass sie bei Extrusion
zur Phasentrennung neigen, wenn ihre Viskositäten einander nicht angepasst
werden. In diesem besonderen Fall muss die Viskosität des Trägers verringert
werden, indem ein Weichmacher zugegeben wird oder indem man die
Temperatur erhöht.
Da die Zugabe von Weichmachern nicht wünschenswert ist, muss die Temperatur
während
des Extrusionsprozesses hoch genug sein, um das bei einem solchen
System übliche
Entmischungsphänomen
zu vermeiden. Der Druckparameter wird ebenfalls so eingestellt,
dass dieses Entmischungsphänomen
vermieden wird. Andererseits muss der letztgenannte Parameter hoch
genug sein, um eine Extrusion bei niedrigen (T–Tg)-Werten zu ermöglichen,
das heißt
um die geschmolzene Masse extrudieren zu können, solange sie im plastischen
Zustand ist. Um all diese Erfordernisse zu erfüllen, wird der Druck daher
bei einem Wert gehalten, der unter 100 × 105 Pa
und vorzugsweise zwischen 1 und 50 × 105 Pa
liegt.
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Hohe
Temperaturen sind in dem erfindungsgemäßen System außerdem durch
den Siedepunkt von Wasser in der Mischung limitiert. Tatsächlich muss
die Temperatur so eingestellt werden, dass sie für einen gegebenen Druck unter
diesem Siedepunkt liegt, um eine Ausdehnung des Trägers mit
Wasserdampf zu vermeiden. Der für
die vorliegende Erfindung mögliche
Temperaturbereich liegt daher zwischen 90 und 130 °C.
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Wenn
die Mischung zum Düsenteil
des Extruders gelangt, ist die Temperatur immer noch oberhalb der Glasübergangstemperatur
des Trägers
und die Mischung befindet sich in einem plastischen Zustand. Der
Extruder ist mit einem Schneidmesser ausgestattet, und so wird die
Mischung bei der Temperatur der Schmelze abgeschnitten. Nach Abkühlen durch
die Umgebungsluft auf Raumtemperatur muss das bereits abgeschnittene
glasartige Material anders als im Fall der Verfahren des Standes
der Technik nicht mehr in einem Sphäronisator oder einer anderen
Vorrichtung geformt und getrocknet werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
liefert also Kapseln mit einer einheitlichen Größe. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist sehr vorteilhaft, weil die Freisetzung von flüchtigen
Verbindungen wie Aroma- und Riechstoffen durch die physikochemischen
Eigenschaften des Matrixmaterials bestimmt wird und im Allgemeinen durch
Auflösen
in einem Lösungsmittel
oder Weichmacher oder durch thermische oder mechanische Aktivierung
erfolgt. Die spezifische Oberfläche
des Abgabesystems vom Matrixtyp ist ein Parameter, der den Abgabeprozess
beeinflusst, wobei eine große
spezifische Oberfläche
im Fall einer Lösungsmittelaktivierung
für einen
hohen Molekülfluss
sorgt. Die Freisetzung durch Auflösen hängt daher besonders von der
Oberfläche
des Partikels ab. Die Kinetik der Aromaabgabe wird durch die Größe der bei
dem Granulierungsprozess hergestellten Feststoffteilchen gesteuert.
Um für
eine einheitliche, kinetisch gut definierte Freisetzung der eingeschlossenen
flüchtigen
Verbindungen zu sorgen, müssen
die Kapseln folglich außerdem
eine enge Verteilung aufweisen. Wir haben gefunden, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren
vorteilhaft die Herstellung extrudierter Aroma- oder Riechstoffabgabesysteme
in Granulatform und mit enger Größenverteilung
ermöglichte,
und zwar mit nur einem Schritt nach dem Extrusionsprozess, so dass
sich Abkühlungs-,
Trocknungs- und andere Weiterverarbeitungsschritte, die bei den
Verfahren des Standes der Technik üblich sind, vermeiden lassen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft also ein Verfahren, um ein Abgabesystem,
das die kontrollierte Freisetzung eines flüchtigen Aroma- oder Riechstoffs
oder einer flüchtigen
Aroma- oder Riechstoffzusammensetzung
erlaubt, in Granulatform zu bringen, welches umfasst:
- a) Herstellen einer Mischung einer kontinuierlichen Trägerphase,
die fein verteilt darin einen flüchtigen
Aroma- oder Riechstoff oder eine flüchtige Aroma- oder Riechstoffzusammensetzung
enthält
und einen geringen Wassergehalt hat;
- b) Erhitzen dieser Mischung in einem Schneckenextruder auf eine
Temperatur zwischen 90 und 130 °C
unter Bildung einer geschmolzenen Masse;
- c) Extrudieren der geschmolzenen Masse durch eine Düse;
- d) Abschneiden der geschmolzenen Masse, wenn sie die Düse verlässt, um
ein Produkt mit einer Glasübergangstemperatur
Tg bereitzustellen, die im Wesentlichen die Gleiche wie die der
kontinuierlichen Trägerphase
ist.
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Durch
den geringen Wassergehalt soll ein Gehalt an Wasser erreicht werden,
der sicherstellt, dass die Glasübergangstemperatur
der Mischung die Glasübergangstemperatur
des Endprodukts ist und oberhalb Raumtemperatur und besonders bevorzugt
oberhalb 40 °C
liegt.
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Der
Druck während
des Extrusionsschritts wird unter 100 × 105 Pa
und vorzugsweise zwischen 1 und 50 × 105 Pa
gehalten.
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Die
Begriffe Aroma- oder Riechstoff oder Aroma- oder Riechstoffzusammensetzung,
wie sie hier verwendet werden, sollen eine Vielzahl Aroma- und Riechstoffmaterialien
sowohl natürlichen
als auch synthetischen Ursprungs definieren. Sie umfassen einzelne
Verbindungen und Mischungen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann eingesetzt
werden, um flüchtige
oder labile verkapselte Komponenten herzustellen, die hydrophil
oder hydrophob sein können
und in flüssiger
oder fester Form vorliegen können.
Spezielle Beispiele für solche
Komponenten lassen sich in der einschlägigen Literatur finden, z.
B. in Perfume and Flavour Chemicals von S. Arctander, Montclair
N.J. (USA); Fenaroli's
Handbook of Flavour Ingredients, CRC Press oder Synthetic Food Adjuncts
von M.B. Jacobs, van Nostrand Co., Inc., und sind dem Fachmann auf
dem Gebiet der Parfümierung,
der Geschmacksgebung und/oder der Aromatisierung von Verbraucherprodukten,
d. h. Geruchs- oder Geschmacksverleihung von Verbraucherprodukten,
allgemein bekannt.
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Auch
natürliche
Extrakte können
in den erfindungsgemäßen Systemen
verkapselt werden; diese umfassen z. B. Zitrusextrakte, wie Zitronen-,
Orangen-, Limetten-, Grapefruit- oder
Mandarinenöle,
oder Kaffee, Tee, Kakao, Minze, Vanille oder etherische Öle von unter
anderem Kräutern
und Gewürzen.
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Bei
der Durchführung
der Erfindung wird die Riechstoff- oder Aromakomponente zuerst durch mechanisches
Rühren
in einer homogenen Lösung
eines Matrix- oder Trägermaterials
dispergiert.
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Als
Matrix kann jedes Kohlenhydrat oder Kohlenhydratderivat verwendet
werden, das durch Extrusionsmethoden leicht zu einem trockenen extrudierten
Feststoff verarbeitet werden kann. Beispiele für zweckmäßige Materialien umfassen insbesondere
solche, die ausgewählt
sind aus der Gruppe bestehend aus Sucrose, Glucose, Lactose, Maltose,
Fructose, Ribose, Dextrose, Isomalt, Sorbitol, Mannitol, Xylitol,
Lactitol, Maltitol, Pentatol, Arabinose, Pentose, Xylose, Galactose,
Trehalose®, hydriertem
Maissirup, Maltodextrin, Agar, Carrageen, Gummis, Polydextrose und
Derivaten und Mischungen davon. Weitere geeignete Trägerbestandteile
sind in Nachschlagewerken wie H. Scherz, Hydrokolloide: Stabilisatoren,
Dickungs- und Geliermittel in Lebensmitteln, Band 2 der Schriftenreihe
Lebensmittelchemie, Lebensmittelqualität, Behr's Verlag GmbH & Co., Hamburg, 1996, genannt. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise
ein Maltodextrin mit einem Dextroseäquivalent von nicht mehr als
zwanzig (≤ 20
DE) verwendet.
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Die
oben genannten Matrixmaterialien sind hier lediglich beispielhaft
angegeben und sollen die Erfindung nicht einschränken. Obwohl Polysaccharide
oben als spezielle Beispiele genannt sind, ist es offensichtlich,
dass jedes Material, das extrudierbar ist und zurzeit als Matrixmaterial
bei der Herstellung extrudierter Feststoffe verwendet wird, für die Zwecke
der Erfindung gleichwertig ist und daher von Letzterem umfasst wird.
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Vorzugsweise
wird der Mischung, die aus der Matrixkomponente und dem flüchtigen
Material besteht, ein Emulgator zugegeben. Typische Beispiele umfassen
Lecithin und Zitronensäureester
von Fettsäuren,
andere geeignete Emulgatoren sind jedoch in Nachschlagewerken wie
Food emulsifiers and their applications, 1997, Hrsg. G.L. Hasenhuettl
und R.W. Hartel, genannt.
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Die
Glasübergangstemperatur
der Mischung aus flüchtiger
Verbindung/Kohlenhydrat hängt
von der Wassermenge ab, die zu der Ausgangsmischung gegeben wird.
Tatsächlich
ist es allgemein bekannt, dass die Tg abnimmt, wenn der Wasseranteil
zunimmt. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Wasseranteil, der
zu der Mischung gegeben wird, gering, nämlich so, dass die Glasübergangstemperatur
der resultierenden Mischung im Wesentlichen gleich der Glasübergangstemperatur
ist, die für
das letztliche Aroma- oder Riechstoffabgabesystem, d. h. das extrudierte
Produkt, gewünscht
wird. Wie oben erwähnt
soll nun die resultierende verkapselte Verbindung oder Zusammensetzung
eine Glasübergangstemperatur
Tg zeigen, die deutlich über
der Temperatur liegt, bei der sie gelagert und anschließend verwendet
wird. Die kritische Temperatur muss daher mindestens oberhalb Raumtemperatur
und vorzugsweise über
40 °C liegen.
Die Anteile, in denen Wasser bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt
wird, schwanken daher innerhalb eines breiten Bereichs von Werten,
die der Fachmann abhängig
von dem in der Matrix eingesetzten Kohlenhydratglas und der für das Endprodukt
erforderlichen Tg anpassen und wählen
kann.
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Für ein Kohlenhydratglas
mit einem DE (Dextroseäquivalent)
von 18 können
beispielsweise Anteile von 5 bis 10 % Wasser in der Mischung verwendet
werden.
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Die
Erweichungs- oder Glasübergangstemperatur
wird vorzugsweise oberhalb 40 °C
gehalten, um die Rieselfähigkeit
der hergestellten Pulverproben bei Raumtemperatur sicherzustellen.
Der Wassergehalt der Mischung ist daher gering, um sicherzustellen,
dass die Glasübergangstemperatur
des Trägers
oberhalb Raumtemperatur und vorzugsweise oberhalb 40 °C liegt.
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Der
Extrusionsschritt erfordert einen Extruder. Ein handelsüblicher
geeigneter Extruder ist der Doppelschneckenextruder mit der Handelsbezeichnung
Clextral BC 21, der mit einem Schneidmesser ausgestattet ist, was
es ermöglicht,
die Schmelze bei Verlassen der Düse
abzuschneiden, solange sie noch im plastischen Zustand ist. Die
Extrusionsverfahren sind jedoch nicht auf den Typus der Doppelschneckenextruder
beschränkt
und können
beispielsweise auch Einschneckenextrusionsverfahren, Sinterextrusionsverfahren
oder andere ähnliche
Extrusionsverfahren umfassen. Die genannten Extruder erlauben eine
Extrusion bei Drücken, die
hoch genug sind, um eine geschmolzene Masse im plastischen Zustand
bereitzustellen.
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Der
Extruder besitzt einen Temperaturregelungsmechanismus, der die Temperatur
der Mischung auf einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur
des Trägers
hält und
während
des gesamten Extrusionsprozesses auf einen Wert zwischen 90 und
130 °C eingestellt
ist.
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Bei
dem Extrusionsprozess wird die Mischung durch eine Düse gepresst,
die eine Öffnung
mit einem vorbestimmten Durchmesser im Bereich von etwa 0,250 bis
10 mm und vorzugsweise von 0,7 bis 2,0 mm hat. Es sind jedoch auch
viel größere Durchmesser
für die
Düse möglich. Die
Düsenöffnung hat
die gleiche Temperatur wie der Rest der Apparatur und ist mit einem
Schneidmesser oder irgendeiner anderen Schneidvorrichtung versehen,
die es ermöglicht,
die Schmelze beim Verlassen der Düse abzuschneiden, solange sie
noch plastisch ist. Das abgeschnittene Produkt hat also noch eine
Temperatur, die oberhalb der Glasübergangstemperatur der Matrix
liegt.
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Die
Länge der
Stücke
wird durch Regelung der Schlaggeschwindigkeit des jeweiligen Schneidegeräts gesteuert.
Die abgeschnittenen Stücke
werden anschließend
durch die Umgebungsluft auf Raumtemperatur abgekühlt. Eine Trocknung oder Weiterbehandlung
sind nicht erforderlich. Das resultierende Granulat besitzt eine
einheitliche Größe, wie
aus dem nachfolgenden Vergleichsbeispiel und aus den anliegenden 2 und 3 ersichtlich
ist. Die einheitliche Größe der resultierenden
Kapseln erlaubt eine bessere Kontrolle der Aroma- und Riechstofffreisetzung.
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Die
Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele und unter Bezug
auf die 1–3 veranschaulicht,
ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Temperaturen sind in Grad
Celsius angegeben und Abkürzungen
haben die auf diesem Gebiet übliche
Bedeutung.
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Beschreibung
der Figuren
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1 zeigt
eine Aufnahme eines granulären
extrudierten Produkts, das gemäß einem
bekannten Verfahren erhalten wurde, das Abkühlen nach der Extrusion und
anschließendes
Zerkleinern der Masse auf Granulatform nach gängigen Methoden umfasst (rechte
Seite der Aufnahme), und eines extrudierten Produkts, das nach dem
hier beschriebenen Verfahren erhalten wurde (linke Seite der Aufnahme).
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2 und 3 zeigen
Mikroskopaufnahmen von granulären
extrudierten Produkten, die nach dem hier beschriebenen Verfahren
hergestellt wurden.
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Beispiel 1
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Eine
trockengemischte Formulierung wurde hergestellt, indem die folgenden
Bestandteile vermischt wurden.
| Bestandteile | Gewichtsteile |
| Erdbeeraroma | 3 |
| Lecithin | 1 |
| Wasser | 6 |
| Maltodextrin
19 DE | 90 |
| insgesamt | 100 |
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Die
Pulvermischung wurde mit einem Clextral BC 21-Doppelschneckenextruder, der mit einem Schneidmesser
versehen war, das es ermöglichte,
die Schmelze beim Verlassen der Düse im noch plastischen Zustand
abzuschneiden, bei einem Durchsatz von 5 kg/h durch 0,7 mm-Düsenlöcher extrudiert.
Bei dem geringen Wassergehalt, der erforderlich war, um bei konstanter
Probenzusammensetzung einen Glasübergang oberhalb
40° zu gewährleisten,
betrug die Temperatur der Schmelze in der Stirnplatte 105° und der
statische Druck im Extruder wurde vorzugsweise unter 20 × 105 Pa gehalten.
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Beispiel 2
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Eine
sprühgetrocknete
Formulierung wurde hergestellt, indem die folgenden Bestandteile
vermischt wurden.
| Bestandteile | Gewichtsteile |
| Orangenaroma | 10 |
| Lecithin | 1 |
| Wasser | 7 |
| Maltodextrin
19 DE | 82 |
| insgesamt | 100 |
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Das
Pulver wurde mit einem Clextral BC 21-Doppelschneckenextruder, der mit einem
Schneidmesser versehen war, das es ermöglichte, die Schmelze beim
Verlassen der Düse
im noch plastischen Zustand abzuschneiden, bei einem Durchsatz von
50 kg/h durch 1 mm-Düsenlöcher extrudiert.
Bei dem geringen Wassergehalt, der erforderlich war, um bei konstanter
Probenzusammensetzung einen Glasübergang
oberhalb 40° zu gewährleisten,
betrug die Temperatur der Schmelze in der Stirnplatte 105° und der
statische Druck im Extruder wurde vorzugsweise unter 1–20 × 105 Pa gehalten.
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Beispiel 3
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Eine
trockengemischte Formulierung wurde hergestellt, indem die folgenden
Bestandteile vermischt wurden:
| Bestandteile | Gewichtsteile |
| Duft | 3 |
| Siliciumdioxid | 2 |
| Lecithin | 1 |
| Wasser | 7 |
| Maltodextrin
19 DE | 87 |
| insgesamt | 100 |
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Die
Pulvermischung wurde mit einem Clextral BC 21-Doppelschneckenextruder, der mit einem Schneidmesser
versehen war, das es ermöglichte,
die Schmelze beim Verlassen der Düse im noch plastischen Zustand
abzuschneiden, bei einem Durchsatz von 5 kg/h durch 2 mm-Düsenlöcher extrudiert.
Bei dem geringen Wassergehalt, der erforderlich war, um bei konstanter
Probenzusammensetzung einen Glasübergang oberhalb
40° zu gewährleisten,
betrug die Temperatur der Schmelze in der Stirnplatte 105° und der
statische Druck im Extruder wurde vorzugsweise unter 20 × 105 Pa gehalten.
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Der
in der obigen Zusammensetzung verwendete Duft wurde durch Mischen
der folgenden Bestandteile erhalten:
| Bestandteile | Gewichtsteile |
| 1-Pentyl-2-propenylacetat | 10 |
| Hexylcinnamylaldehyd | 250 |
| Cetalox® | 5 |
| Tricyclo[5.2.1.0(2,6)]dec-3,4-en-1-yl-acetat | 90 |
| Cumarin | 10 |
| 2-Pentyl-1-cyclopentanol | 25 |
| Cyclamenaldehyd | 40 |
| 10% α-Damascon | 25 |
| Dihydromyrcenol | 40 |
| Habanolid® | 60 |
| Iralia® Total | 30 |
| Lilial® | 80 |
| Linalol | 30 |
| Lorysia® | 100 |
| Muscenon | 50 |
| Tetrahydro-2-isobutyl-4-methyl-4(2H)-pyranol | 15 |
| Phenylhexanol | 50 |
| Hexylsalicylat | 40 |
| Vertofix
coeur | 50 |
| insgesamt | 1000 |
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Beispiel 4
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Vergleichsbeispiel
für die
Größenverteilung
von Partikeln, die nach verschiedenen Verfahren hergestellt wurden
Die folgende Tabelle zeigt die Größenverteilung von Partikeln,
die jeweils hergestellt wurden durch (i) Sprühtrocknung, (ii) Leaflash-Trocknung,
(iii) mehrstufige Trocknung, (iv) Glasgranulierung mit einer Maschengröße von 1,5
mm im Brechwerk und (v), (vi), (vii) erfindungsgemäße Granulierung.
Insbesondere ist in den Spalten (v), (vi) bzw. (vii) die Größenverteilung
der Partikel angegeben, die nach dem in den Beispielen 1, 2 und
3 beschriebenen Verfahren hergestellt wurden.
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