EP1718278A1 - Mikrokapsel mit steuerbarer oder verzögerter freisetzung zur immobilisierung von chemischen und/oder biologischen materialien sowie verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Mikrokapsel mit steuerbarer oder verzögerter freisetzung zur immobilisierung von chemischen und/oder biologischen materialien sowie verfahren zu ihrer herstellung

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Publication number
EP1718278A1
EP1718278A1 EP05701273A EP05701273A EP1718278A1 EP 1718278 A1 EP1718278 A1 EP 1718278A1 EP 05701273 A EP05701273 A EP 05701273A EP 05701273 A EP05701273 A EP 05701273A EP 1718278 A1 EP1718278 A1 EP 1718278A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
capsule
substance
microcapsule according
beads
core
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Withdrawn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
EP05701273A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Pommersheim
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.)
CAVIS MICROCAPS GmbH
Original Assignee
CAVIS MICROCAPS GmbH
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
Priority claimed from DE200410005054 external-priority patent/DE102004005054A1/de
Priority claimed from DE200410009051 external-priority patent/DE102004009051A1/de
Application filed by CAVIS MICROCAPS GmbH filed Critical CAVIS MICROCAPS GmbH
Publication of EP1718278A1 publication Critical patent/EP1718278A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
    • A61K9/5089—Processes
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
    • A61K9/5073—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals having two or more different coatings optionally including drug-containing subcoatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
    • Y10T428/2984—Microcapsule with fluid core [includes liposome]

Definitions

  • Controllable or delayed release microcapsule for immobilizing chemical and / or biological materials and process for their manufacture
  • the invention relates to a microcapsule, in particular for the immobilization of chemical and / or biological material, and a method for its production, which is stable in concentrated media, but which is destroyed when the medium is diluted, even with a relatively low mechanical load, as a result of which trapped material is released.
  • this material can be both a chemical substance such as. B. an active ingredient or an enzyme, etc., or biological material such as microorganisms, cells or mixtures thereof.
  • Such a capsule consists of a preferably spherical core that immobilizes the
  • the invention relates to a microcapsule, in particular for the immobilization of chemical and / or biological material, and a method for its production, which is destroyed with a time delay by an enzymatic and / or other chemical or physical process with relatively low mechanical stress, as a result of which the enclosed one Material is released.
  • this material can be both a chemical substance such as. B. an active ingredient, etc. or biological material such as microorganisms, cells or mixtures thereof.
  • the inside of the capsule contains, for example, an enzyme that is inactive when the capsule is stored, but can be activated by external factors. As a result of this activation, the enzyme cleaves one or more components that make up the capsule.
  • the originally stable capsule becomes mechanically unstable and the enclosed material can be released even with relatively little mechanical stress.
  • the components are usually incorporated individually and in a dry form and the mixture is stored in a dry form.
  • encapsulation is very common in the specialist literature. On an industrial scale, processes have mainly prevailed in which carrier particles are first produced, which are subsequently loaded with an active ingredient. So-called immersion processes, such as those used, for example, in the manufacture of medicines or sweets, are often referred to as encapsulation, or spray coatings as are widespread in the chemical or pharmaceutical industry. Solids are coated with a membrane by dipping or spraying. For special applications, substances are often enclosed in gel particles by chemical precipitation.
  • microcapsules There are also numerous industrial property rights or industrial property right applications relating to microcapsules.
  • the published patent application DE 196 44 343 AI describes a microcapsule with a diameter of a few ⁇ m, which is produced in an emulsion process.
  • oils or substances soluble in this oil become one basic material
  • emulsified alginate and formed it into capsules 0.5 - 20 ⁇ m in size in a further emulsion process, which can then be used in the food or pharmaceutical industry.
  • these beads are not suitable for the immobilization of larger solid particles, or even living cells. Nor can they be used for the purpose according to the invention.
  • So-called membrane capsules are in a class of their own.
  • F. Lim and A. Sun in the journal “Science Volume 210, pages 908-910, year 1980, describe a capsule with a semipermeable membrane for immobilizing living cells in which the capsule core consists of a single layer of a ply-I-lysine / alginate complex is surrounded. With these capsules, the cells are prevented from escaping from the capsule core.
  • molecules the size of an enzyme or smaller cannot be included since the membrane is permeable to it.
  • This membrane capsule is also not suitable for use in technical processes because of its relatively low mechanical stability.
  • Patent application DE 43 12 970.6 describes a membrane capsule which is also suitable for immobilizing enzymes and proteins.
  • the core which contains the immobilizate, surrounded by a multilayer shell, each of these layers imparting a certain property to the entire shell.
  • the permeability of the membrane can be reduced so that the enzymes remain in the capsule, while the much smaller substrates and products can pass through the membrane.
  • These capsules are stable at very different concentrations of the surrounding medium.
  • the membranes have a fixed, defined permeability and thus prevent release of the enclosed material.
  • the patent specification EP 0 782 853 B1 describes a microcapsule whose shell is made up of several special layers. At least one of these layers consists of a material that changes its structure and thus the pore size of the shell as a function of an internal concentration and / or other physical quantities. With this capsule, the core is always preserved. Only the shell changes its permeability, which allows a partial but not a complete release of the enclosed material.
  • Carrageenan, polyvinyl alcohol or cellulose ether include known.
  • the polymers and the electrolytes are selected so that the stability of the capsules on average and their dissolution upon dilution are ensured.
  • the polymers used are not suitable for the encapsulation of living material.
  • British Patent 1,471,406 relates to liquid, aqueous detergents with capsules with a diameter of 0.1 to 5 mm. These capsules are intended to make sensitive ingredients more stable in temperature, storage and transp. Location and only immediately before or during use freely translated. The ingredients are either wholly or partially enclosed by the capsules, the capsules not being further defined.
  • fruit juice concentrates which, when stored in gel form, contain active ingredients which should only be activated when diluted, i.e. when water is added.
  • the object of the invention is to produce a capsule which can contain both inanimate substances and living organisms. At the same time, its mechanical strength can be adjusted so that it can be used in technical processes. It is stable in concentrated media and is destroyed when the medium is changed or diluted with a relatively low mechanical load, thus releasing the enclosed material.
  • the capsule should be usable in a variety of media, not impair bleeding and at the same time be able to be dried without loss of function.
  • the object is achieved according to a first aspect in that, in a first step, a capsule in liquid phase is produced which completely encloses the material to be encapsulated. In a second step, the capsule is dried. It is then stored in the concentrate (e.g. gel) for several hours. When the capsule concentrate suspension is diluted, such high voltages build up in the capsule that a slight mechanical stress leads to its destruction and release of the encapsulated material.
  • the concentrate e.g. gel
  • the core idea of the invention according to the first aspect is therefore to first dry the matrix from which the capsule is made and then to soak it with a concentrated medium, so that when the surrounding medium is diluted, the capsule is destroyed by the stress occurring inside. The material that is enclosed in the capsule matrix is released. In order to prevent bleeding of the material in the capsule during storage, the capsule can be surrounded by an envelope membrane.
  • a number of different materials can be enclosed in such a capsule, such as, for example: water-soluble or water-insoluble substances - Fats, oils, emulsions or suspensions - Solids - Living or dead cells - Living or dead microorganisms - Mixtures from one or more of the above classes
  • the capsule core consists of a basic substance from which a matrix is formed, in which the material to be immobilized is embedded.
  • This basic substance must be a substance that can be dripped, from which preferably spherical porous particles can be formed by means of precipitation by the action of ions or a temperature gradient.
  • Such substances can e.g. B. Na alginate but also agarose or Sephadex etc.
  • This membrane can consist of a polyelectrolyte complex that can be applied in several layers.
  • polyelectrolyte complexes are formed from the interaction of a polyanion and polycations.
  • a polyanion for example, water-soluble cellulose derivatives such. B. carboxy methyl cellulose, cellulose sulfate or Pecti ⁇ e, alginates but also synthetic polymers such as polyacrylic or polymethacrylic acids, etc. to use.
  • the polycation that can be used is primarily natural substances such as chitosan but also synthetic polymers such as polyethyleneimine or polydiethyldiallylammonium chloride.
  • the above-mentioned membrane can also be produced by direct coating with various substances.
  • This coating can either take place during a possible drying of the capsules or can be applied by subsequent coating. If the capsules are to be used in the food or pharmaceutical sector, this coating Substance either, for example, shellac or another substance approved for the respective area.
  • this coating Substance either, for example, shellac or another substance approved for the respective area.
  • other film-forming compounds such as. B. nitrocellulose derivatives or polyvinyl acetates, etc. can be used.
  • a capsule with a combination of the two above.
  • a method for producing a microcapsule according to the first aspect is as follows:
  • the material to be encapsulated is stirred into a 1-2% base solution, for example Na alginate.
  • a filler such as quartz sand or silica is then mixed in, so that the mixture then has a dry content of e.g. B. has about 20-40%.
  • This mixture is then dripped into a precipitation bath. This dripping can be done by any commercially available system that provides uniform droplet sizes. The best results were achieved with so-called two-component nozzles. These are nozzles in which the drops on the capillaries through which the mixture is pressed are carried out by a concentrated air flow.
  • the precipitation bath can be a 1-2% saline solution containing one or more polyvalent metal ions, such as. B. Ca ++ , Ba ++ , etc. If a dilute solution of a polycation is added to the precipitation bath, such as polyethyleneimine, chistosan, etc., a thin membrane is formed at the same time as the precipitation, which prevents the enclosed material from bleeding out of the capsule. By repeatedly rinsing this capsule with differently charged polyelectrolyte solutions, a membrane can be built up which gives the capsule a mechanical strength that corresponds to the application. In this process, it is advantageous that this Rinsing takes place in the form of a fluidized bed. For this purpose, the capsules are washed in a suitable vessel by the coating solutions at a speed which is large enough not only to swirl the beads, but also to keep them in suspension.
  • the beads are then washed and dried. Drying can be done with commercially available dryers, with the best results being achieved with fluidized bed or vibration batch dryers.
  • the moisture level after drying should not be higher than 3% - 7%.
  • the object is achieved in that, in a first step, a capsule is produced in the liquid phase, which completely encloses the material to be encapsulated. In a second step, the capsule is dried.
  • the matrix substance of the capsule or the shell contains at least one substance that can be changed either enzymatically or by other physical and / or chemical processes, so that the mechanical stability of the entire capsule is no longer ensured.
  • This change can be caused, for example, by an enzyme which contains the capsule and which is inactive in the dry capsule or under the conditions in which the capsule is stored.
  • the enzyme becomes active when the capsule is moistened or through a change in the physico-chemical parameters of the surrounding medium.
  • the enzyme cleaves one or more components of the capsule. This becomes mechanically unstable and releases the enclosed material.
  • this effect cannot only be generated enzymatically. If the capsule is hardened in a reversible process, which can be reversed by adding certain ragents, the capsule can be dissolved again at a later time, thereby releasing the enclosed material.
  • the core idea of the invention according to the second aspect is therefore to choose the matrix and / or a possible shell from which the capsule is made so that it can be destroyed by changing external physical and / or chemical parameters. This can e.g. by activating an enzyme in the interior of the capsule that cleaves essential components of the capsule material. This destruction of the capsule can also be done in another way. The material that is enclosed in the capsule matrix is released. In order to prevent bleeding of the material in the capsule during storage, the capsule can be surrounded by an envelope membrane.
  • a number of different materials can be enclosed in such a capsule, such as: - water-soluble or water-insoluble substances - fats, oils, emulsions or suspensions - solids - living or dead cells - living or dead microorganisms - Mixtures of one or more of the above classes
  • the capsule core consists of a basic substance from which a matrix is formed, in which the material to be immobilized is embedded.
  • This basic substance must be a substance that can be dripped, from which it is preferred to precipitate by ionic action or a temperature gradient spherical porous particles can be formed.
  • Such substances can e.g. B. Na alginate but also agarose or Sephadex etc.
  • This membrane can consist of a polyelectrolyte complex that can be applied in several layers.
  • polyelectrolyte complexes are formed from the interaction of a polyanion and polycations.
  • a polyanion for example, water-soluble cellulose derivatives such. B. carboxy methyl cellulose, cellulose sulfate or pectins, alginates but also synthetic polymers such as polyacrylic or polymethacrylic acids, etc. to use.
  • the polycation that can be used is primarily natural substances such as chitosan, but also synthetic polymers such as polyethyleneimine or polydiethyldiallylammonium chloride.
  • the membrane can also be produced by direct coating with various substances. This coating can either take place during a possible drying of the capsules or can be applied by subsequent coating. If the capsules are to be used in the food or pharmaceutical sector, this coating substance can either be shellac, for example, or another substance approved for the respective region.
  • this coating substance can either be shellac, for example, or another substance approved for the respective region.
  • other film-forming compounds such as. B. nitrocellulose derivatives or polyvinyl acetates, etc. can be used.
  • Capsule would have an additional parameter to influence the storage properties and to prevent bleeding of the enclosed material and / or an interaction with the surrounding medium during storage, which increases its reliability.
  • a method for producing a microcapsule according to the invention in accordance with the second aspect is as follows:
  • Example 1 Capsule with enzymatic release
  • the material to be encapsulated is stirred into a 1-2% base solution, for example Na alginate.
  • This base solution can also contain pectin in a similar concentration as the alginate.
  • a filler such as quartz sand or silica can then be added, so that the mixture then has a dry content of e.g. B. has about 20-40%.
  • pectinase is added to the mixture in a concentration of n 0,000 U / kg of mixture.
  • This mixture is then buffered to a pH of approximately 4 and added dropwise to a precipitation bath. This dripping can be done by any commercially available system that provides uniform droplet sizes. The best results were achieved with so-called two-component nozzles. These are nozzles, in which the tear on the capillaries through which the mixture is pressed is carried out by a concentric air flow.
  • the precipitation bath can be a 1-2% saline solution containing one or more polyvalent metal ions, such as. B. Ca ++ , Ba ++ , etc.
  • a dilute solution of a polycation is added to the precipitation bath, such as polyethyleneimine, chistosan, etc.
  • a thin membrane is formed at the same time as the precipitation, which prevents the enclosed material from bleeding out of the capsule.
  • diluted solutions of chitosan, polyethyleneimine, etc. can be used as the polycation.
  • Dilute solutions of pectins, alginate etc. can be used as the polyanion.
  • this rinsing takes place in the form of a fluidized bed.
  • the capsules are washed with the coating solutions in a suitable vessel at a rate big enough not only to swirl the beads but also to keep them in suspension.
  • the beads are then washed and dried. Drying can be done with commercially available dryers, with the best results being achieved with fluidized bed or vibration batch dryers. The moisture level after drying should not be higher than 3-7%.
  • the capsule After drying, the capsule is dry and stored at a low temperature. If the capsule is moistened at a later point in time, the enzyme is activated and it cleaves the polyguluron chains of the pectin components and other corresponding components of the capsule (e.g. alginate) both in the core and in the shell. This destabilizes the capsule to such an extent that small mechanical loads are sufficient to destroy the capsule and release the enclosed material.
  • the enzyme is activated and it cleaves the polyguluron chains of the pectin components and other corresponding components of the capsule (e.g. alginate) both in the core and in the shell. This destabilizes the capsule to such an extent that small mechanical loads are sufficient to destroy the capsule and release the enclosed material.
  • Example 1 the material to be encapsulated is stirred into a 1-2% base solution, for example Na alginate, in a first step.
  • a filler such as quartz sand or silica can be added, so that the mixture then has a dry content of e.g. B. has about 20-40%. However, this filler is also missing.
  • This mixture is then dripped into a precipitation bath. This dripping can be done by any commercially available system that provides uniform droplet sizes. The best results were achieved with so-called two-component nozzles.
  • nozzles in which the tear on the capillaries through which the mixture is pressed is carried out by a concentric air flow. If necessary, the particles obtained can be coated as described in Example 1. Although the beads are ready to use when wet, it is beneficial to dry them.
  • Drying can be done with commercially available dryers, with the best results being achieved with fluidized bed or vibration batch dryers.
  • the moisture level after drying should not be higher than 3-7%.
  • a medium that destroys the capsules thus obtained is, for example, a 1-2% aqueous solution of Na citrate.
  • an alkali with a strongly alkaline pH can be used.
  • the capsules are brought into contact with such a medium, the reversible gelling process in the precipitation bath is reversed and the capsule dissolves.
  • the dry capsules are added to a dry baking mixture that also contains Na citrate and this mixture is moistened, the beads are destroyed and the trapped material is released.
  • the capsule can also be destroyed by removing complexing agents from the ions in the medium surrounding the capsule matrix, thereby destabilizing them.
  • complexing agents are often present in detergents. If these extract Ca ++ from a capsule matrix consisting, for example, of Ca alginate, it will retain its spherical shape in gel, but due to its low stability when the surrounding gel is diluted, it will be completely destroyed even with slight mechanical stress. This releases the material trapped in the capsule. If such a capsule has an envelope membrane, the stability in the gel can be regulated when the complexing agents act. With such a mechanism of action, the capsule can be used both in the moist and in the dried state.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrokapsel insbesondere zur Immobilisierung von chemischem und/oder biologischem Material, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung, die in konzentrierten Medien stabil ist, die jedoch bei Verdünnung des Mediums schon bei einer relativ geringen mechanischen Beanspruchung zerstört wird, wodurch das eingeschlossene Material freigesetzt wird. Dieses Material kann im Sinne der vorliegenden Erfindung sowohl eine chemische Substanz wie z. B. ein Wirkstoff oder ein Enzym usw. oder auch biologisches Material wie beispielsweise Mikro­organismen, Zellen oder Gemische davon sein.

Description

Mikrokapsel mit steuerbarer oder verzögerter Freisetzung zur Immobilisierung von chemischen und/oder biologischen Materialien sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrokapsel insbesondere zur Immobilisierung von chemischem und/oder biologischem Material, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung, die in konzentrierten Medien stabil ist, die jedoch bei Verdünnung des Mediums schon bei einer relativ geringen mechanischen Beanspruchung zerstört wird, wodurch das eingeschlossene Material freigesetzt wird. Dieses Material kann im Sinne der vorliegenden Erfindung sowohl eine chemische Substanz wie z. B. ein Wirkstoff oder ein Enzym usw. oder auch biologisches Material wie beispielsweise Mikroorganismen, Zellen oder Gemische davon sein. Eine solche Kapsel besteht aus einem vorzugsweise kugelförmigen Kern, der das immobilisierte
Material enthält, der von einer Hülle umgeben sein kann, die diesen Kern vollständig umschließt.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Mikrokapsel insbesondere zur Immobilisierung von chemischem und/oder biologischem Material, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung, die über einen enzymatischen und/oder anderen chemischen oder physikalischen Prozess bei relativ geringer mechanischen Beanspruchung zeitversetzt zerstört wird, wodurch das eingeschlossene Material freigesetzt wird. Dieses Material kann im Sinne der vorliegenden Erfindung sowohl eine chemische Substanz wie z. B. ein Wirkstoff usw. oder auch biologisches Material wie beispielsweise Mikroorganismen, Zellen oder Gemische davon sein. Die Kapsel enthält in ihrem Inneren beispielsweise ein Enzym, das bei Lagerung der Kapsel inaktiv ist, jedoch durch äußere Faktoren aktiviert werden kann. Infolge dieser Aktivierung spaltet das Enzym eine oder mehrere Komponenten aus denen die Kapsel besteht. Dadurch wird die ursprünglich stabile Kapsel mechanisch instabil und das eingeschlossene Material kann schon bei relativ geringer mechanischer Beanspruchung freigesetzt werden. In der technologischen Praxis kommt es häufig vor, dass verschiedene Stoffe oder Organismen die bei Feuchtigkeit miteinander in Wechselwirkung treten und sich dadurch gegenseitig zerstören, in Gemische eingearbeitet werden müssen. Normalerweise werden die Komponenten einzelnen und in getrockneter Form eingearbeitet und das Gemisch in trockener Form aufbewahrt.
Will man ähnliche Gemische als Flüssigkonzentrate herstellen sind die Möglichkeiten sehr begrenzt. Entweder man verzichtet auf einige kritische Komponenten oder man nimmt nur relativ kurze Haltbarkeiten in Kauf.
Durch eine Verkapselung der kritischen Komponenten kann dieser Nachteil kompensiert werden, da dadurch gewährleistet wird, dass diese mit ihrem umgebenden Medium nicht mehr in Wechselwirkung treten. Die eingesetzte Verkapselungstechnik muss allerdings sicherstellen, dass das eingeschlos-sene Material bei Bedarf wieder freigesetzt wird, damit das Gemisch seine volle Wirkung entfalten kann.
Der Begriff "Verkapselung" ist in der Fachliteratur sehr verbreitet. Im technischen Maßstab haben sich bisher hauptsächlich Verfahren durchgesetzt, bei denen erst Trägerpartikel hergestellt werden, die anschließend mit einem Wirkstoff beladen werden. Oft werden auch sogenannte Tauchverfahren, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Medikamenten oder Süßigkeiten eingesetzt werden, als Verkapselung bezeichnet, oder auch Sprühbeschichtungen wie sie in Chemischen oder Pharmazeutischen Industrie verbreitet sind. Hierbei werden Feststoffe durch Tauchen oder Besprühen mit einer Membran überzogen. Für spezielle Anwendungen werden häufig auch Stoffe durch eine chemische Fällung in Gelpartikel eingeschlossen.
Es gibt auch zahlreiche Schutzrechte oder Schutzrechtsanmeldungen, die Mikrokapseln zum Gegenstand haben. So beschreibt beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 196 44 343 AI eine Mikrokapsel mit einem Durchmesser von einigen um, die in einem Emulsionsprozess hergestellt wird. Hier werden Öle oder in diesem Öl lösliche Stoffe in einem Grundstoff beispielsweise Alginat emulgiert und daraus in einem weiteren Emulsions- prozess 0,5 - 20 um große Kapseln geformt, die dann in der Lebensmitteloder Pharmaindustrie eingesetzt werden können. Diese Kügelchen eigen sich aber nicht zur Immobilisierung größerer Feststoffpartikel, oder gar lebender Zellen. Auch sind sie nicht für den erfindungsgemäßen Zweck einsetzbar.
In der US - Patentanmeldung 4,389,419 wird ein ähnliches Verfahren zur Verkapselung von Ölen und öllöslichen Substanzen beschrieben. Ähnlich dem o.g. Schutzrecht wird hier eine Emulsion des Öls mit einem Grundstoff (Alginat) in einem ersten Schritt erzeugt. Allerdings werden in diesem Fall dem Alginat noch einige Füllstoffe beigemengt und die Kapseln durch Extrudieren durch eine Düse und Fällen in einem Fällbad geformt und nicht durch einen weiteren Emulsionsschritt. Diese Kapseln sind größer als die im ersten Schutzrecht beschriebenen. Bei höherer mechanischer Beanspruchung bluten die Kapseln aus, ähnlich einem ölgetränkten Schwamm, was sie ebenfalls von denen in der vorliegenden Erfindung beschriebenen unterscheidet.
Eine Klasse für sich sind sogenannte Membran - Kapseln. F. Lim und A. Sun beschreiben in der Zeitschrift „Science Band 210, Seiten 908-910, Jahrgang 1980 eine Kapsel mit einer semipermeablen Membran zur Immobilisierung von lebenden Zellen bei der der Kapselkern aus einer einzigen Schicht eines Ply-I-Lysin / Alginatkomplexes umgeben ist. Bei diesen Kapseln wird eine Austreten der Zellen aus dem Kapselkern verhindert. Jedoch können darin keine Moleküle von der Größe eines Enzyms oder kleiner eingeschlossen werden, da die Membran dafür durchlässig ist. Diese Membrankapsel eignet sich wegen ihrer relativ geringen mechanischen Stabilität darüber hinaus nicht zum Einsatz in technischen Prozessen.
In der Patentanmeldung DE 43 12 970.6 wird eine Membrankapsel beschrieben, die auch zur Immobilisierung von Enzymen und Proteinen geeignet ist. Hier ist der Kern, der das Immobilisat enthält mit einer mehrlagigen Hülle umgeben, wobei jede dieser Lagen der gesamten Hülle eine gewisse Eigenschaft verleiht. Über die vorteilhafte Wahl der Hüllenpoly- mere kann die Durchlässigkeit der Membran so verringert werden, dass die Enzyme in der Kapsel bleiben, währen die viel kleineren Substrate und Produkte die Membran passieren können. Diese Kapseln sind bei sehr unterschiedlichen Konzentrationen des umgebenden Mediums stabil. Die Membranen haben eine fest eingestellte, definierte Durchlässigkeit und verhindern so eine Freisetzung des eingeschlossenen Materials.
Die Patentschrift EP 0 782 853 Bl beschreibt eine Mikrokapsel deren Hülle aus mehreren speziellen Schichten aufgebaut ist. Mindestens eine dieser Schichten besteht aus einem Material, das als Funktion einer Innenkonzentration und/oder anderen physikalischen Größen seine Struktur und somit die Porengröße der Hülle verändert. Bei dieser Kapsel, bleibt der Kern immer erhalten. Lediglich die Hülle verändert ihre Durchlässigkeit, was zwar eine teilweise aber nicht eine vollständige Freisetzung des einge- schlossenen Materials ermöglicht.
Auch auf dem Gebiet der Waschmittel oder kosmetischen Erzeugnisse gibt es eine Reihe von Veröffentlichungen, die Produkte mit verkapselten Wirkstoffen beschreiben. Alle diese Veröffentlichungen beschreiben jedoch Kapseln, die entweder für biologisches, lebendes Material völlig ungeeignet sind oder nur durch eine äußere relativ hohe Beanspruchung den eingeschlossenen Stoff freisetzen.
So sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 22 15 441 wässrige, flüssige Geschirrspülmittel bekannt, die Kapseln aus den Polymeren
Carrageenan, Polyvinylalkohol oder Celluloseether beinhalten bekannt. Die Polymere und die Elektrolyte sind so gewählt, dass die Stabilität der Kapseln im Mittel sowie deren Auflösung bei Verdünnung gewährleistet sind. Die verwendeten Polymere sind jedoch für die Verkapselung von lebendem Material nicht geeignet.
Die britische Patentschrift 1 471 406 betrifft flüssige, wässrige Waschmittel mit Kapseln mit einem Durchmesser von 0,1 bis 5 mm. Diese Kapseln sollen empfindliche Inhaltsstoffe temperatur-, lager- und transp.ortstabiler machen und diese erst unmittelbar vor oder während der Anwendung freisetzten. Die Inhaltsstoffe sind entweder ganz oder teilweise von den Kapseln eingeschlossen wobei die Kapseln nicht näher definiert sind.
Die deutsche Anmeldung DE 199 18 267 beschreibt ebenfalls flüssige Waschmittel mit verkapselten Inhaltsstoffen. Als Kapseln im Sinne dieser Erfindung sind sämtliche auf dem Markt angebotenen in tensidstabilen Sphären eingeschlossenen Materialien definiert. Eine Methode zur Herstellung der Kapseln wird jedoch nicht beschrieben.
In der Praxis kommt es außerdem häufig vor, dass bestimmte Wirkstoffe oder auch Mikroorganismen ihre Wirkung erst zeitversetzt entfalten sollen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine bestimmte Komponente aus einem Gemisch während dessen Lagerung inaktiv sein soll, ihre volle Wirkung aber bei Anwendung entfalten muss.
Ein Beispiel hierfür wären Fruchtsaftkonzentrate, die bei Lagerung in Gelform Wirkstoffe enthalten, die erst bei Verdünnung, also bei Zugabe von Wasser aktiviert werden sollen.
Bei Backmischungen ist oft erforderlich, dass bestimmte Komponenten während der Lagerung zusätzlich geschützt werden müssen. Dieser Schutz muss jedoch bei deren Anwendung inaktiviert werden, so dass die Zutaten ihre volle Wirkung entfalten können.
Bei chemischen oder biologischen Schädlingsbekämpfungsmitteln ist es oft wünschenswert, dass diese nach deren Ausbringung ihre Wirksamkeit entweder über einen längeren Zeitraum oder erst zeitversetzt entfalten sollen.
Durch die erwähnte Verkapselung einzelner Komponenten kann dies erzielt werden. Die eingesetzte Verkapselungstechnik muss allerdings sicherstellen, dass das eingeschlossene Material bei Bedarf wieder freigesetzt wird, damit der Stoff oder Organismus seine volle Wirkung entfalten kann. Diese Freisetzung muss durch äußere Faktoren wie Feuchtigkeit, Verdün- nung oder die Zugabe eines bestimmten Stoffes steuerbar sein. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kapsel zu erzeugen, die sowohl leblose Stoffe als auch lebende Organismen enthalten kann. Gleichzeitig ist ihre mechanische Festigkeit so einstellbar, dass sie in technischen Prozessen eingesetzt werden kann wobei sie in konzentrierten Medien stabil ist und bei Veränderung oder Verdünnung des Mediums bei relativ kleiner mechanischer Belastung zerstört und so das eingeschlossene Material freigesetzt wird. Die Kapsel soll in einer Vielzahl von Medien verwendbar sein, diese nicht durch Ausbluten beeinträchtigen und gleichzeitig ohne Einbußen in ihrer Funktion, getrocknet werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt dadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt eine Kapsel in Flüssigphase hergestellt wird, die das zu verkapselnde Material vollständig umschließt. In einem zweiten Schritt wird die Kapsel getrocknet. Anschließend wird sie in dem Konzentrat (z. B. Gel) mehrerer Stunden gelagert. Bei Verdünnung der Kapsel-Konzentrat-Suspension bauen sich in der Kapsel so hohe Spannungen auf, dass eine leichte mechanische Beanspruchung zu ihrer Zerstörung und Freisetzung des eingekapselten Materials führt.
Der Kerngedanke der Erfindung gemäß dem ersten Aspekt besteht demnach darin, die Matrix aus der die Kapsel besteht erst zu trocknen und anschließend sie mit einem konzentrierten Medium zu tränken, so dass bei einer Verdünnung des Umgebungsmediums die Kapsel durch die im Inneren auftretende Spannung zerstört wird. Das Material, dass in der Kapselmatrix eingeschlossen ist wird dabei freigesetzt. Um ein Ausbluten des in der Kapsel befindlichen Materials während der Lagerung der Kapsel zu verhindern kann diese von einer Hüllmembran umgeben sein.
Bei geeigneter Wahl der Materialien und der Parameter des Herstellungsverfahrens können in einer solchen Kapsel eine Reihe unterschiedlicher Materialien eingeschlossen werden, wie beispielsweise: - wasserlösliche oder wasserunlösliche Stoffe - Fette, Öle, Emulsionen oder Suspensionen - Feststoffe - lebende oder tote Zellen - lebende oder tote Mikroorganismen - Gemische aus einer oder mehreren oben genannten Klassen
Diese Kapsel ist wie folgt aufgebaut: Der Kapselkern besteht aus einer Grundsubstanz, aus der eine Matrix gebildet wird, in die das zu immobilisierende Material eingebettet ist. Diese Grundsubstanz muss ein Stoff sein, der vertropft werden kann, aus dem mittels einer Fällung durch loneneinwirkung oder einen Temperaturgradienten vorzugsweise kugelförmige poröse Partikel geformt werden können. Solche Substanzen können z. B. Na-Alginat aber auch Agarose oder Sephadex usw. sein.
Wenn durch die Kapsel beispielsweise Enzyme oder Öle, Emulsionen usw. oder auch lebende Zellen oder Organismen eingeschlossen werden sollen oder in allen anderen Fällen, bei denen eine bestimmte mechanische Stabilität der Kapsel eingestellt werden soll, ist es vorteilhaft, den Kapselkern mit einer zusätzlichen Membran zu umgeben. Diese Membran kann aus einem Polyelektrolytkomplex, der in mehreren Lagen aufgebracht werden kann bestehen. Derartige Polyelektrolytkomplexe werden gebildet aus dem Zusammenwirken eines Polyanion und Polykations. Als Polyanion sind beispielsweise wasserlösliche Zellulosederivate wie z. B. Carboxy- methylcellulose, Cellulosesulfat oder auch Pectiήe, Alginate aber auch synthetische Polymere wie Polyacryl- oder Polymethacrylsäuren usw. zu verwenden. Als Polykation kommen vor allem Naturstoffe wie Chitosan aber auch synthetische Polymere wie Polyethylenimin oder Polydiethyldiallyl- ammoniumchlorid in Betracht.
Die o.g. Membran kann aber auch durch ein direktes Beschichten mit verschiedenen Substanzen erzeugt werden. Dieses Beschichten kann entweder während einer eventuellen Trocknung der Kapseln erfolgen oder durch ein nachträgliches Coaten aufgebracht werden. Sollen die Kapseln im Lebensmittel- oder Pharmabereich eingesetzt werden kann diese Beschichtungs- Substanz entweder beispielsweise Schellack oder eine andere für den jeweiligen Bereich zugelassene Substanz sein. Für den chemischen Bereich können dafür auch andere filmbildende Verbindungen wie z. B. Nitro- cellulosederivate oder Polyvinylacetate usw. verwendet werden.
In manchen Fällen kann es auch von Vorteil sein, eine Kapsel durch eine Kombination der beiden o.g. Ansätze herzustellen. Bei einer derartigen Kapsel hätte man einen zusätzlichen Parameter um die Lagereigenschaften zu beeinflussen und ein Ausbluten des eingeschlossenen Materials und/oder eine Wechselwirkung mit dem umgebenden Medium bei Lagerung zu verhindern wodurch ihre Zuverlässigkeit erhöht wird.
Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel gemäß erstem Aspekt stellt sich wie folgt dar:
In einem ersten Schritt wird in eine 1-2 %-ige Grundstofflösung, beispielsweise Na-Alginat, das zu verkapselnde Material eingerührt. Anschließend wird ein Füllstoff wie beispielsweise Quarzsand oder Kieselerde beigemischt, so dass das Gemisch anschließend einen Trockengehalt von z. B. ca. 20-40 % hat. Diese Mixtur wird dann in ein Fällbad eingetropft. Dieses Vertropfen kann durch jedes handelsübliche System erfolgen, dass gleichmäßige Tropfengrößen liefert. Beste Ergebnisse wurden mit sogenannten Zweistoffdüsen erzielt. Dies sind Düsen, bei denen der Tropfenabriss an den Kapillaren durch die die Mixtur gepresst wird durch einen konzen- trischen Luftstrom erfolgt.
Das Fällbad kann eine 1-2 %-ige Salzlösung sein, die ein oder mehrere mehrwertige Metallionen enthält, wie z. B. Ca++, Ba++, usw. Setzt man dem Fällbad eine verdünnte Lösung eines Polykations zu, wie beispielsweise Polyethylenimin, Chistosan usw. entsteht zeitgleich mit dem Ausfällen eine dünne Membran, die ein Ausbluten des eingeschlossenen Materials aus der Kapsel verhindert. Durch wiederholtes Umspülen dieser Kapsel mit unterschiedlich geladenen Polyelektrolytösungen kann eine Membran aufgebaut werden, die der Kapsel eine der Anwendung entsprechende mechanische Festigkeit verleiht. Bei diesem Vorgang ist es von Vorteil, dass dieses Umspülen in Form einer Wirbelschicht erfolgt. Hierfür werden die Kapseln in einem geeigneten Gefäß von den Beschichtungslösungen mit einer Geschwindigkeit umspült, die groß genug ist die Kügelchen nicht nur zu verwirbeln, sondern sie auch in Schwebe zu halten.
Anschließend werden die Kügelchen gewaschen und getrocknet. Das Trocknen kann mit handelsüblichen Trocknern erfolgen wobei die besten Ergebnisse mit Wirbelschicht- oder Vibrations-Chargentrocknern erzielt wurden. Der Feuchtigkeitsgrad nach der Trocknung soll nicht höher als 3% - 7 % betragen.
Nach dem Trocknen wird die Kapsel in dem konzentrierten Medium z. B. einem Gel mehrere Stunden gelagert. Beste Ergebnisse wurden bei einer Lagerung von über 24 Stunden erzielt. Verdünnt man nun dieses konzen- trierte Medium (Gel) um den Faktor 5, 10, oder höher werden die Kügelchen zerstört und setzen das eingeschlossene Material frei.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt eine Kapsel in Flüssigphase hergestellt wird, die das zu verkapselnde Material vollständig umschließt. In einem zweiten Schritt wird die Kapsel getrocknet. Die Matrixsubstanz der Kapsel oder die Hülle enthält mindestens einen Stoff der entweder enzymatisch oder durch andere physikalische und/oder chemische Prozesse verändert werden kann, so dass die mechanische Stabilität der gesamten Kapsel nicht mehr gegeben ist.
Diese Veränderung kann beispielsweise durch ein Enzym verursacht werden, das die Kapsel enthält und das in der trockenen Kapsel oder unter den Bedingungen unter denen die Kapsel gelagert wird, inaktiv ist. Bei Befeuchten der Kapsel oder durch eine Veränderung der physikalischchemischen Parameter des umgebenden Mediums wird das Enzym aktiv. Dadurch spaltet das Enzym einen oder mehrere Komponenten der Kapsel. Diese wird mechanisch instabil und setzt das eingeschlossene Material frei. Dieser Effekt kann aber nicht nur enzymatisch erzeugt werden. Wird die Kapsel nämlich in einem reversiblen Prozess ausgehärtet, der durch Zugabe bestimmter Ragenzien umgekehrt werden kann, kann die Kapsel zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgelöst werden wodurch das eingeschlossene Material freigesetzt wird.
Der Kerngedanke der Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt besteht demnach darin, die Matrix und/oder eine eventuelle Hülle aus der die Kapsel besteht so zu wählen, dass sie durch eine Veränderung externer physikalischer und/oder chemischer Parameter zerstört werden kann. Dies kann z.B. durch die Aktivierung eines Enzenzyms im Inneren der Kapsel erfolgen, das wesentliche Komponenten des Kapselmaterials spaltet. Diese Zerstörung der Kapsel kann aber auch auf anderem Weg erfolgen. Das Material, dass in der Kapselmatrix eingeschlossen ist wird dabei freige- setzt. Um ein Ausbluten des in der Kapsel befindlichen Materials während der Lagerung der Kapsel zu verhindern kann diese von einer Hüllmembran umgeben sein.
Bei geeigneter Wahl der Materialien und der Parameter des Herstellungsverfahrens können in einer solchen Kapsel eine Reihe unterschiedlicher Materialien eingeschlossen werden, wie beispielsweise: - wasserlösliche oder wasserunlösliche Stoffe - fette, Öle, Emulsionen oder Suspensionen - Feststoffe - lebende oder tote Zellen - lebende oder tote Mikroorganismen - Gemische aus einer oder mehreren oben genannten Klassen
Diese Kapsel ist hier wie folgt aufgebaut: Der Kapselkern besteht aus einer Grundsubstanz, aus der eine Matrix gebildet wird, in die das zu immobilisierende Material eingebettet ist. Diese Grundsubstanz muss ein Stoff sein, der vertropft werden kann, aus dem mittels einer Fällung durch loneneinwirkung oder einen Temperaturgradienten vorzugsweise kugelförmige poröse Partikel geformt werden können. Solche Substanzen können z. B. Na-Alginat aber auch Agarose oder Sephadex usw. sein.
Wenn durch die Kapsel beispielsweise Enzyme oder Öle, Emulsionen usw. oder auch lebende Zellen oder Organismen eingeschlossen werden sollen oder in allen anderen Fällen, bei denen eine bestimmte mechanische Stabilität der Kapsel eingestellt werden soll, ist es vorteilhaft, den Kapselkern mit einer zusätzlichen Membran zu umgeben. Diese Membran kann aus einem Polyelektrolytkomplex, der in mehreren Lagen aufgebracht werden kann, bestehen. Derartige Polyelektrolytkomplexe werden gebildet aus dem Zusammenwirken eines Polyanion und Polykations. Als Polyanion sind beispielsweise wasserlösliche Zellulosederivate wie z. B. Carboxy- methylcellulose, Cellulosesulfat oder auch Pectine, Alginate aber auch synthetische Polymere wie Polyacryl- oder Polymethacrylsäuren usw. zu verwenden. Als Polykation kommen vor allem Naturstoffe wie Chitosan aber auch synthetische Polymere wie Polyethylenimin oder Polydiethyldiallyl- ammoniumchlorid in Betracht.
Die o.g. Membran kann aber auch durch ein direktes Beschichten mit verschiedenen Substanzen erzeugt werden. Dieses Beschichten kann entweder während einer eventuellen Trocknung der Kapseln erfolgen oder durch ein nachträgliches Coaten aufgebracht werden. Sollen die Kapseln im Lebensmittel- oder Pharmabereich eingesetzt werden kann diese Beschich- tungssubstanz entweder beispielsweise Schellack oder eine andere für den jeweiligen Bereich zugelassene Substanz sein. Für den chemischen Bereich können dafür auch andere filmbildende Verbindungen wie z. B. Nitro- cellulosederivate oder Polyvinylacetate usw. verwendet werden.
In manchen Fällen kann es auch von Vorteil sein, eine Kapsel durch eine Kombination der beiden o.g. Ansätze herzustellen. Bei einer derartigen
Kapsel hätte man einen zusätzlichen Parameter um die Lagereigenschaften zu beeinflussen und ein Ausbluten des eingeschlossenen Materials und/oder eine Wechselwirkung mit dem umgebenden Medium bei Lagerung zu verhindern wodurch ihre Zuverlässigkeit erhöht wird. Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Mikrokapsel gemäß dem zweiten Aspekt stellt sich wie folgt dar:
Beispiel 1: Kapsel mit enzymatischer Freisetzung
In einem ersten Schritt wird in eine 1-2 %-ige Grundstofflösung, beispielsweise Na-Alginat, das zu verkapselnde Material eingerührt. Diese Grundstofflösung kann auch noch Pectin in ähnlicher Konzentration wie das Alginat enthalten. Bei Bedarf kann anschließend ein Füllstoff wie beispielsweise Quarzsand oder Kieselerde beigemischt werden, so dass das Gemisch anschließend einen Trockengehalt von z. B. ca. 20-40 % hat. Zusätzlich wird dem Gemisch Pectinase in einer Konzentration von n 0.000 U / kg Gemisch zugesetzt. Diese Mixtur wird dann auf einen pH von ca. 4 gepuffert und in ein Fällbad eingetropft. Dieses Vertropfen kann durch jedes handelsübliche System erfolgen, dass gleichmäßige Tropfengrößen liefert. Beste Ergebnisse wurden mit sogenannten Zweistoffdüsen erzielt. Dies sind Düsen, bei denen der Tropfenabriss an den Kapillaren durch die die Mixtur gepresst wird durch einen konzentrischen Luftstrom erfolgt.
Das Fällbad kann eine 1-2 %-ige Salzlösung sein, die ein oder mehrere mehrwertige Metallionen enthält, wie z. B. Ca++, Ba++, usw. Setzt man dem Fällbad eine verdünnte Lösun eines Polykations zu, wie beispielsweise Polyethylenimin, Chistosan usw. entsteht zeitgleich mit dem Ausfällen eine dünne Membran, die ein Ausbluten des eingeschlossenen Materials aus der Kapsel verhindert. Durch weiderholtes Umspülen dieser Kapsel mit unterschiedlich geladenen Polyelektrolytlösungen kann eine Membran aufgebaut werden, die der Kapsel eine der Anwendung entsprechende mechanische Festigkeit verleiht. Als Polykation können hierzu verdünnte Lösungen von Chitosan, Polyethylenimin usw. verwendet werden. Als Polyanion können verdünnte Lösungen von Pectinen, Alginat usw. eingesetzt werden. Bei diesem Vorgang ist es von Vorteil, dass dieses Umspülen in Form einer Wirbelschicht erfolgt. Hierfür werden die Kapseln in einem geeigneten Gefäß von den Beschichtungslösungen mit einer Geschwindigkeit umspült, die groß genug ist, die Kügelchen nicht nur zu verwirbeln, sondern sie auch in Schwebe zu halten.
Anschließend werden die Kügelchen gewaschen und getrocknet. Das Trocknen kann mit handelsüblichen Trocknern erfolgen wobei die besten Ergebnisse mit Wirbelschicht- oder Vibrations-Chargentrocknern erzielt wurden. Der Feuchtigkeitsgrad nach der Trocknung soll nicht höher als 3-7 % betragen.
Nach dem Trocknen wird die Kapsel trocken und bei niedriger Temperatur gelagert. Befeuchtet man die Kapsel zu einem späteren Zeitpunkt, wird das Enzym aktiviert und es spaltet die Polyguluronketten der Pectin-Anteile sowie anderer entsprechender Komponenten der Kapsel (z. B. Alginat) sowohl im Kern als auch in der Hülle. Dadurch wird die Kapsel soweit destabilisiert, dass kleine mechanische Beanspruchungen ausreichen um die Kapsel zu zerstören und das eingeschlossene Material freizusetzen.
Beispiel 2:
Kapsel mit physikalisch/chemischer Freisetzung
Wie bei Beispiel 1 wird auch hier in einem ersten Schritt in eine 1-2 %-ige Grundstofflösung, beispielsweise Na-Alginat, das zu verkapselnde Material eingerührt. Allerdings kann hier auf die Zugabe von Pectin oder der Pectinase verzichtet werden. Anschließend kann wie in Beispiel 1 ein Füllstoff wie beispielsweise Quarzsand oder Kieselerde beigemischt werden, so dass das Gemisch anschließend einen Trockengehalt von z. B. ca. 20-40 % hat. Dieser Füllstoff kenn jedoch auch fehlen. Diese Mixtur wird dann in ein Fällbad eingetropft. Dieses Vertropfen kann durch jedes handelsübliche System erfolgen, dass gleichmäßige Tropfengrößen liefert. Beste Ergeb- nisse wurden mit sogenannten Zweistoffdüsen erzielt. Dies sind Düsen, bei denen der Tropfenabriss an den Kapillaren durch die die Mixtur gepresst wird durch einen konzentrischen Luftstrom erfolgt. Bei Bedarf können die erhaltenen Partikel wie in Beispiel 1 beschrieben beschichtet werden. Obwohl die Kügelchen auch nass gebrauchsfertig sind, ist es vorteilhaft sie zu trocken.
Das Trocknen kann mit handelsüblichen Trocknern erfolgen wobei die besten Ergebnisse mit Wirbelschicht- oder Vibrations-Chargentrocknern erzielt wurden. Der Feuchtigkeitsgrad nach der Trocknung soll nicht höher als 3-7 % betragen.
Ein Medium, das die so erhaltenen Kapseln wieder zerstört, ist beispielsweise eine 1-2 %-ige wässrige Lösung von Na-Citrat. Alternativ kann auch eine Lauge mit einem stark alkalischen pH-Wert eingesetzt werden.
Bringt man die Kapseln mit einem solchen Medium in Kontakt, wird der reversible Vorgang des Gelierens im Fällbad umgekehrt und die Kapsel löst sich auf.
Setzt man die trockenen Kapseln beispielsweise einer trockenen Backmischung zu, die auch Na-Citrat enthält und befeuchtet diese Mischung, werden die Kügelchen zerstört und setzen das eingeschlossene Material frei.
Die Zerstörung der Kapsel kann auch herbeigeführt werden, indem Komplexbildner im Medium, das die Kapselmatrix umgibt, dieser Ionen entziehen und sie dadurch destabilisieren . Solche Komplexbildner sind häufig in Waschmitteln vorhanden. Entziehen diese einer beispielsweise aus Ca-Alginat bestehenden Kapselmatrix das Ca++, wird diese ihre Kugelform in Gel zwar beibehalten, jedoch durch ihre geringe Stabilität bei Verdünnung des umgebenden Gels schon bei leichter mechanischer Bean- spruchung vollständig zerstört werden. Hierdurch wird das in der Kapsel eingeschlossene Material freigesetzt. Besitzt eine solche Kapsel eine Hüllmembran, kann man dadurch die Stabilität im Gel bei Einwirkung der Komplexbildner regeln. Bei einem solchen Wirkungsmechanismus kann die Kapsel sowohl in feuchtem als auch getrocknetem Zustand eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Mikrokapsel insbesondere zum Immobilisieren von Feststoffen, Flüssigkeiten, Zellen, Mikroorganismen und/oder Gemischen aus diesen Materialien zum Einsatz in der Chemie, Lebensmitteltechnik, und/oder Pharmazie mit einem den zu immobilisierenden Stoff enthaltenden, vorzugsweise kugelförmigen Kern und vorzugsweise eine ihn umschließende Hülle, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel bei Lagerung in einem konzentrierten Medium stabil ist und bei dessen Verdünnung schon bei geringer mechanischer Beanspruchung zerstört wird,
das zu immobilisierende Material von der Matrix (dem Kapselkern) vollständig umschlossen wird,
der Kapselkern von einer ihn vollständig umschließenden, mehrlagigen Hülle umgeben sein kann,
die Hülle mindestens eine Schicht enthält, die mit der benachbarten darunter liegenden und/oder darüber liegenden kovalent und/oder elektrostatisch verbunden ist,
mindestens eine Lage der Hülle durch Beschichten mit einem Feststoff auf den Kapselkern aufgebracht wird,
mindestens eine Lage der Hülle durch eine membranbildende Flüssigkeit auf dem Kapselkern gebildet wird,
mindestens eine Lage der Hülle sowohl durch Komplexbildung als auch Beschichtung gebildet wird
2. Mikrokapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz, die die Kernmatrix bildet, ein Stoff ist, der vertropft werden kann, aus dem mittels einer Fällung durch loneneinwirkung oder einen Temperaturgradienten vorzugsweise kugelförmige Partikel geformt werden können.
3. Mikrokapsel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz, die den zu immobilisierenden Stoff im Inneren der Kernmatrix umgibt ein Öl sein kann oder eine andere mit der Matrixsubstanz nicht mischbare Flüssigkeit wie z. B. ein Kohlenwassserstoff, ein Kohlenwasserstoffgemisch.
4. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zu immobilisierende Stoff mit einer zweiten im Kapselinneren befindlichen Substanz die mit der Matrixsubstanz eine Phasengrenze ausbildet eine Suspension bildet.
5. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zu immobilisierende Stoff mit einer zweiten im Kapselinneren befindlichen Substanz, die mit der Matrixsubstanz eine Phasengrenze ausbildet, eine flüssig/flüssig Emulsion bildet.
6. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernmatrix oder mindestens eine Phase im Kapselkern einen Feststoff enthält.
7. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Phase im Kapselkern eine Flüssigkeit enthält.
8. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Phase im Kapselkern Zellen enthält.
9. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Phase im Kapselkern Mikroorganismen enthält.
10. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten der Kapseln in einem Wirbelschicht- oder Fließbettver- fahren erfolgt.
11. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ohne signifikante Einbußen an Funktionalität getrocknet werden kann.
12. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen der Kapseln in einem Wirbelschicht- oder Fließbettverfahren erfolgt.
13. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim ihrem Trocknen in einem Wirbelschicht- oder Fließbettverfahren in die Kolonne zusätzlich ein Feststoff eingeblasen wird, der auf der Kapseloberfläche eine Membran bildet.
14. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass alle Stoffe aus denen sie besteht lebensmittelzugelassen sein können.
15. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei deren Herstellung einige, mehrere oder alle der nachfolgenden Schritte durchgeführt werden, von denen auch einige Schritte mehrmals wiederholt werden' können : - Lösen oder Suspendieren des zu verkapselnden Materials in einem Grundstoff - Vertropfen dieser Grundstoff-Suspension oder Lösung - Fällen der Tropfen - Versiegeln der Tropfen bei gleichzeitiger Fällung durch Umspülen der Kügelchen in einem Fällbad, das neben dem Fällreagenz auch eine ionische Polymerlösung enthält - Spülen und Suspendieren der. durch Fällung entstandenen Kügelchen in einer Waschflüssigkeit - Umspülen der Kügelchen mit einer kationischen oder anionischen Polymerlösung und Ausbilden einer kationischen oder anionischen Ladung an der Kugeloberfläche - Waschen der Kügelchen mit einer Waschflüssigkeit - Umspülen der Kügelchen mit einer anionischen oder kationischen Polymerlösung und - Ausbilden einer anionischen oder kationischen Ladung an der Kugeloberfläche - Spülen und Suspendieren der durch Fällung entstandenen Kügelchen in einer Waschflüssigkeit - Trocknen der Kügelchen - Einbringen (Suspendieren) der getrockneten Kügelchen in ein konzentriertes Medium wie z. B. einem Gel - Lagern der Kügelchen in diesem konzentrierten Medium über einen bestimmten Zeitraum.
16. Mikrokapsel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Zerstörung der Kapsel dadurch erreicht wird, indem Komplexbildner im Medium, das die Kapselmatrix umgibt, dieser Ionen entziehen und die Kapsel destabilisieren.
17. Mikrokapsel insbesondere zum Immobilisieren von Feststoffen, Flüssigkeiten, Zellen, Mikroorganismen und/oder Gemischen aus diesen Materialien zum Einsatz in der Chemie, Lebensmitteltechnik, und/oder
Pharmazie mit einem den zu immobilisierenden Stoff enthaltenden, vorzugsweise kugelförmigen Kern und vorzugsweise eine ihn umschließende
Hülle, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel bei Lagerung stabil ist und mindestens eine Komponente enthält, die durch eine spätere Veränderung der physikalischen und/oder chemischen Parameter des umgebenden Mediums zu einer Zerstörung der
Kapsel und Freisetzung des eingeschlossene Materials führt,
die in der Kapsel enthaltene Komponente, die durch eine spätere Veränderung der physikalischen und/oder chemischen Parameter des umgebenden Mediums zu einer Zerstörung der Kapsel und Freisetzung des eingeschlossenen Materials führt, ein Enzym ist, das bestimmte Stoffe der Kapselmatrix und/oder Kapselmembran spalten kann,
die in der Kapsel und/oder Kapselmembran enthaltene Komponente, die durch eine spätere Veränderung der physikalischen und/oder chemischen Parameter des umgebenden Mediums zu einer Zerstörung der Kapsel und Freisetzung des eingeschlossenen Materials führt, eine Substanz ist, die durch ein in der Kapsel enthaltenes Enzym gespalten werden kann,
die in der Kapsel enthaltene Komponente, die durch eine spätere Veränderung der physikalischen und/oder chemischen Parameter des umgebenden Mediums zu einer Zerstörung der Kapsel und Freisetzung des eingeschlossenen Materials führt, eine Substanz ist, die in einem reversiblen Prozess durch loneneinwirkung gefällt werden kann,
das zu immobilisierte Material von der Matrix (dem Kapselkern) vollständig umschlossen wird,
der Kapselkern von einer ihn vollständig umschließenden, mehrlagigen Hülle umgeben sein kann, wobei die Hülle mindestens eine Schicht enthält, die mit der benachbarten darunter liegenden und/oder darüber liegenden kovalent und/oder elektrostatisch verbunden ist,
mindestens eine Lage der Hülle durch Beschichten mit einem Feststoff auf den Kapselkern aufgebracht wird,
mindestens eine Lage der Hülle durch eine membranbildende Flüssigkeit auf dem Kapselkern gebildet wird und/oder
mindestens eine Lage der Hülle sowohl durch Komplexbildung als auch Beschichtung gebildet wird.
18. Mikrokapsel nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz, die die Kernmatrix bildet, ein Stoff ist, der vertropft werden kann, aus dem mittels einer Fällung durch loneneinwirkung oder einen Temperaturgradienten vorzugsweise kugelförmige Partikel geformt werden können.
19. Mikrokapsel nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz, die den zu immobilisierenden Stoff im Inneren der Kernmatrix umgibt, ein Öl sein kann oder eine andere mit der Matrixsubstanz nicht mischbare Flüssigkeit wie z. B. ein Kohlenwasserstoff, ein Kohlenwasserstoffgemisch.
20. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der zu immobilisierende Stoff mit einer zweiten im Kapselinneren befindlichen Substanz, die mit der Matrixsubstanz eine Phasengrenze ausbildet, eine Suspension bildet.
21. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zu immobilisierende Stoff mit der einer zweiten im Kapselinneren befindlichen Substanz, die mit der Matrixsubstanz eine Phasengrenze ausbildet, eine flüssig/flüssig Emulsion bildet.
22. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernmatrix oder mindestens eine Phase im Kapselkern einen Feststoff enthält.
23. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Phase im Kapselkern eine Flüssigkeit enthält.
24. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Phase im Kapselkern Zellen enthält.
25. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Phase im Kapselkern Mikroorganismen enthält.
26. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten der Kapseln in einem Wirbelschicht- oder Fließbett- verfahren erfolgt.
27. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie ohne signifikante Einbußen an Funktionalität getrocknet werden kann.
28. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen der Kapseln in einem Wirbelschicht- oder Fließbettverfahren erfolgt.
29. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass beim ihrem Trocknen in einem Wirbelschicht- oder Fließbettverfahren in die Kolonne zusätzlich ein Feststoff eingeblasen wird, der auf der Kapseloberfläche eine Membran bildet.
30. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass alle Stoffe aus denen sie besteht lebensmittelzugelassen sein können .
31. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 17 bis 30, bei deren Herstellung einige, mehrere oder alle der nachfolgenden Schritte durchgeführt werden, von denen auch einige Schritte mehrmals wiederholt werden können: - Lösen oder Suspendieren des zu verkapselnden Materials in einem Grundstoffgemisch - Beimischen eines Enzyms, das- bestimmte Komponenten dieses Gemisches und/oder Kapselbeschichtung spalten kann - Vertropfen dieser Grundstoff-Suspension oder Lösung - Fällen der Tropfen - Versiegeln der Tropfen bei gleichzeitiger Fällung durch Umspülen der Kügelchen in einem Fällbad, das neben dem Fällreagenz auch eine ionische Polymerlösung enthält - Spülen und Suspendieren der durch Fällung entstandenen Kügelchen in einer Waschflüssigkeit - Umspülen der Kügelchen mit einer kationischen oder anionischen Polymerlösung und Ausbilden einer kationischen oder anionischen Ladung an der Kugeloberfläche - Waschen der Kügelchen mit einer Waschflüssigkeit - Umspülen der Kügelchen mit einer anionischen oder kationischen Polymerlösung und Ausbilden einer anionischen oder kationischen Ladung an der Kugeloberfläche - Spülen und Suspendieren der durch Fällung entstandenen Kügelchen in einer Waschflüssigkeit - Trocknen der Kügelchen
- Einbringen (Suspendieren) der getrockneten Kügelchen in ein konzentriertes Medium wie z. B. einem Gel
- Lagern der Kügelchen in diesem konzentrierten Medium über einen bestimmten Zeitraum.
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