DE10064387A1

DE10064387A1 - Verfahren zur Herstellung von Trockenpulvern eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Carotinoide

Info

Publication number: DE10064387A1
Application number: DE10064387A
Authority: DE
Inventors: Frank Runge; Erik Lueddecke; Helmut Auweter; Angelika-Maria Pfeiffer; Willy Hinz
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-06-27
Also published as: CN1362406A; SI1219292T1; ATE278392T1; US6639113B2; JP3595300B2; CN1184201C; EP1219292B1; US20020165285A1; JP2002262824A; EP1219292A1; ES2228737T3; TR200402694T4; PT1219292E; DK1219292T3; DE50103970D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trockenpulvern eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Carotinoide durch DOLLAR A a) Dispergieren eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Carotinoide in einer wäßrigen molekulardispersen oder kolloiddispersen Lösung eines Schutzkolloids und DOLLAR A b) Überführung der gebildeten Dispersion in ein Trockenpulver durch Abtrennung des Wassers und gegebenenfalls zusätzlich verwendeter Lösungsmittel und Trocknung, gegebenenfalls in Gegenwart eines Überzugsmaterials, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, daß man als Schutzkolloid im Verfahrensschritt a) mindestens ein teilabgebautes Sojaprotein mit einem Abbaugrad von größer 5% verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trocken pulvern eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Carotinoide, ins besondere von Trockenpulvern, enthaltend Carotinoide, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Astaxanthin, Canthaxanthin, Lutein, Zeaxanthin, Citranaxanthin und β-Apo-8'-Carotinsäureethylester.

Die Stoffklasse der Carotinoide klassifiziert man in zwei Haupt gruppen, die Carotine und die Xanthophylle. Im Unterschied zu den Carotinen, bei denen es sich um reine Polyen-Kohlenwasserstoffe handelt, wie beispielsweise β-Carotin oder Lycopin, kommen in den Xanthophyllen noch Sauerstoff-Funktionen wie Hydroxy-, Epoxy- und/oder Oxogruppen vor. Typische Vertreter dieser Gruppe sind u. a. Astaxanthin, Canthaxanthin, Lutein und Zeaxanthin.

Sauerstoff-haltige Carotinoide sind in der Natur weit verbreitet und kommen u. a. im Mais (Zeaxanthin), in grünen Bohnen (Lutein), in Paprika (Capsanthin), in Eidottern (Lutein) sowie in Krebsen und Lachsen (Astaxanthin) vor, wobei sie diesen Nahrungsmitteln ihre charakteristische Färbung verleihen.

Diese sowohl synthetisch zugänglichen als auch aus natürlichen Quellen isolierbaren Polyene stellen für die Lebens- und Futter mittelindustrie und für den pharmazeutischen Bereich wichtige Farbkörper dar und sind, wie im Falle von Astaxanthin, Wirkstoffe mit Provitamin-A Aktivität beim Lachs.

Xanthophylle sind wie alle Carotinoide in Wasser unlöslich, während in Fetten und Ölen eine jedoch nur geringe Löslichkeit gefunden wird. Diese begrenzte Löslichkeit sowie die hohe Oxida tionsempfindlichkeit stehen einer direkten Anwendung der relativ grobkörnigen bei der Synthese erhaltenen Produkte in der Einfär bung von Lebens- und Futtermitteln entgegen, da die Substanzen in grobkristalliner Form nur schlechte Färbungsergebnisse liefern. Diese für die praktische Verwendung der Xanthophylle nachteiligen Effekte wirken sich insbesondere im wäßrigen Medium aus.

Nur durch gezielt hergestellte Formulierungen, in denen die Wirk stoffe in fein verteilter Form und gegebenenfalls durch Schutz kolloide oxidationsgeschützt vorliegen, lassen sich bei der direkten Einfärbung von Lebensmitteln verbesserte Farbausbeuten erzielen. Außerdem führen diese in Futtermitteln verwendeten Formulierungen zu einer höheren Bioverfügbarkeit der Xanthophylle und damit indirekt zu besseren Färbungseffekten z. B. bei der Eidotter- oder Fischpigmentierung.

Zur Verbesserung der Farbausbeuten und zur Erhöhung der Resor bierbarkeit bzw. Bioverfügbarkeit sind verschiedene Verfahren beschrieben worden, die alle das Ziel haben, die Kristallitgröße der Wirkstoffe zu verkleinern und auf einen Teilchengrößenbereich von kleiner 10 µm zu bringen.

Zahlreiche Methoden, u. a. beschrieben in Chimia 21, 329 (1967), WO 91/06292 sowie in WO 94/19411, bedienen sich dabei der Vermah lung von Carotinoiden mittels einer Kolloidmühle und erzielen damit Partikelgrößen von 2 bis 10 µm.

Daneben existieren eine Reihe von kombinierten Emulgier-/Sprüh trocknungsverfahren, wie sie z. B. in DE-A-12 11 911 oder in EP-A-0 410 236 beschrieben sind.

Gemäß der europäischen Patentschrift EP-B-0 065 193 erfolgt die Herstellung von feinverteilten, pulverförmigen Carotinoidpräpara ten dadurch, daß man ein Carotinoid in einem flüchtigen, mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel bei erhöhten Tempera turen, gegebenenfalls unter erhöhtem Druck löst, das Carotinoid durch Mischen mit einer wäßrigen Lösung eines Schutzkolloids aus fällt und anschließend sprühtrocknet.

Ein analoges Verfahren zur Herstellung von feinverteilten, pul verförmigen Carotinoidpräparaten wird in EP-A-0 937 412 unter Verwendung von mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln be schrieben.

Bei den nach EP-B-0 065 193 hergestellten nanopartikulären Wirk stoffdispersionen von Xanthophyllen sind jedoch häufig folgende Phänomene zu beobachten.

Die wäßrigen, Xanthophyll-haltigen Wirkstoffdispersionen sind häufig, insbesondere bei der Aufkonzentration, kolloidal insta bil. Durch Ausflockungen der Wirkstoffpartikel, die dabei teil weise sedimentieren, teilweise aufrahmen, ist eine weitere Über führung der Dispersion in ein Trockenpulver nicht mehr möglich.

Bei Xanthophyllen mit Carbonyl-Funktionen kann außerdem die als Schutzkolloid eingesetzte Gelatine vernetzen, so daß ein Gel ent steht, das nicht mehr redispergierbar ist und das ebenfalls nicht weiter in ein Trockenpulver überführt werden kann.

Somit können die hohen Anforderungen an Xanthophyll-haltigen For mulierungen bezüglich Farbwirkung und Bioverfügbarkeit aufgrund der geschilderten Problematik mit dem o. g. Verfahren nicht immer erfüllt werden.

Nachteilig an Gelatinen sind auch deren stark klebenden Eigen schaften. Mit den für flüssige Systeme üblichen Trocknungsmetho den wie die Sprühtrocknung oder Sprühwirbelbett-Trocknung kann es bei Verwendung von gelatinehaltigen Produkten zu Fadenbildung oder Verbackungen kommen.

Hinzu kommt eine immer geringer werdende Akzeptanz des Verbrau chers gegenüber Gelatine-haltigen Produkten.

In andere oft verwendete Schutzkolloide wie Gummi arabicum, Stärke, Dextrine, Pektin oder Tragant lassen sich häufig nur relativ geringe Konzentrationen von fettlöslichen Substanzen einbetten. Darüber hinaus stand insbesondere Gummi arabicum in der Vergangenheit infolge von Mißernten nicht immer und in aus reichender Qualität zur Verfügung.

Synthetische Kolloide wie Polyvinylpyrrolidon oder partialsynthe tische Polymere wie Cellulosederivate zeigen ebenfalls eine be grenzte Emulgierkapazität und werden vor allem im Lebensmittelbe reich nicht immer akzeptiert.

DE-A-44 24 085 beschreibt die Verwendung von teilabgebauten Soja proteinen als Schutzkolloide für fettlösliche Wirkstoffe. Die hier offenbarten Sojaproteine weisen einen Abbaugrad von 0,1 bis 5% auf.

Nachteilig an den oben genannten Sojaproteinen sind häufig deren schlechte Wasserlöslichkeit, unzureichende Emulgiereigenschaften sowie deren Tendenz zur Vernetzung, die besonders für die Her stellung von in Wasser redispergierbarer Trockenpulver uner wünscht ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Verfahren zur Herstellung von Trockenpulvern Sauerstoff-haltiger Carotinoide unter Verwendung von Schutzkolloiden vorzuschlagen, die die oben genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung von Trockenpulvern eines oder mehrerer Sauer stoffhaltiger Carotinoide durch

a) Dispergieren eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Caroti noide in einer wäßrigen molekulardispersen oder kolloiddis persen Lösung eines Schutzkolloids und
b) Überführung der gebildeten Dispersion in ein Trockenpulver durch Abtrennung des Wassers und gegebenenfalls zusätzlich verwendeter Lösungsmittel und Trocknung, gegebenenfalls in Gegenwart eines Überzugsmaterials,

dadurch gekennzeichnet, daß man als Schutzkolloid im Verfahrens schritt a) mindestens ein teilabgebautes Sojaprotein mit einem Abbaugrad von größer 5% verwendet.

Erfindungsgemäß werden als Schutzkolloide teilabgebaute Soja proteine verwendet, welche einen Abbaugrad ("DH": "degree of hydrolysis") von größer 5%, bevorzugt 6 bis 20%, besonders bevorzugt 6 bis 12%, ganz besonders bevorzugt 6 bis 9% auf weisen. Der Abbaugrad "DH" ist folgendermaßen definiert:

Der Abbaugrad kann gemäß der sogenannten "pH-Stat-Methode" bestimmt werden, wie von C. F. Jacobsen et al. in "Methods of Bio chemical Analysis", Vol. IV, S. 171-210, Interscience Publishers Inc., New York 1957, beschrieben.

Der Teilabbau erfolgt in der Regel enzymatisch, wobei als geeignete Enzyme Proteasen aus Pflanzen, Mikroorganismen, Pilzen oder tierische Proteasen in Betracht kommen. Vorzugsweise erfolgt der Teilabbau mit der pflanzlichen Protease Bromelain.

Als Sojaproteine werden üblicherweise handelsübliche Sojaprotein- Isolate und -Konzentrate mit Proteingehalten von 70 bis 90 Gew.-% eingesetzt, wobei die restlichen 10 bis 30 Gew.-% mehr oder weni ger undefinierte andere Pflanzenbestandteile darstellen. Als be vorzugt verwendete Sojaproteine seien in diesem Zusammenhang nicht gen-modifizierte Sojaproteine genannt.

Die Sojaprotein-Isolate werden in wäßrigem Medium mit dem Enzym inkubiert, vorzugsweise bei Temperaturen von 50 bis 70°C und pH-Werten von 7 bis 9. Das geeignete Verhältnis Protein zu Enzym kann im Einzelfall für den gewünschten Abbaugrad in für den Fach mann einfachen Laborversuchen ermittelt werden.

Die wäßrigen Sojaproteinhydrolysat-Lösungen werden in der Regel so hergestellt, daß der Proteingehalt 6 bis 10 Gew.-% beträgt.

Das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht der erfindungsge mäß verwendeten, teilabgebauten Sojaproteine liegt im Bereich von 15000 bis 250000, bevorzugt von 25000 bis 220000, besonders be vorzugt von 50000 bis 200000, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 120000 bis 180000.

Es ist auch möglich, in dem erfindungsgemäßen Verfahren Mischun gen von teilabgebauten Sojaproteinen unterschiedlicher Abbaugrade oder Mischungen aus teilabgebauten und nichtabgebauten Sojapro teinen als Schutzkolloide zu verwenden. Bei diesen Mischungen liegen deren gewichtsdurchschnittliche Molekulargewichte eben falls in den oben genannten Bereichen.

Unter dem Begriff Dispergieren ist bevorzugt die Herstellung wäß riger Suspensionen sowie wäßriger Emulsionen zu verstehen. Beson ders bevorzugt handelt es sich beim Dispergierschritt a) um die Herstellung einer Suspension eines oder mehrerer Sauerstoffhal tiger Carotinoide in einer wäßrigen molekulardispersen oder kolloiddispersen Lösung eines teilabgebauten Sojaproteins, bei der die dispergierte Phase mindestens einen der Wirkstoffe als nanopartikuläre Teilchen enthält.

Eine bevorzugte Ausführungsform des o. g. Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß man die im Verfahrensschritt a) hergestellte Suspension vor der Überführung in ein Trockenpulver mahlt. In diesem Fall wird der Wirkstoff vor dem Mahlvorgang bevorzugt in kristalliner Form suspendiert.

Die Mahlung kann dabei in an sich bekannter Weise z. B. mit einer Kugelmühle erfolgen. Dabei wird je nach verwendetem Mühlentyp so lange gemahlen, bis die Teilchen eine über Fraunhofer Beugung er mittelte mittlere Partikelgröße D[4,3] von 0,1 bis 100 µm, bevor zugt 0,2 bis 50 µm, besonders bevorzugt 0,2 bis 20 µm, ganz beson ders bevorzugt 0,2 bis 5 µm, insbesondere 0,2 bis 0,8 µm aufwei sen. Der Begriff D[4,3] bezeichnet den volumengewichteten mittle ren Durchmesser (siehe Handbuch zu Malvern Mastersizer S, Malvern Instruments Ltd., UK).

Nähere Einzelheiten zur Mahlung und den dafür verwendeten Appara turen finden sich u. a. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 1999, Electronic Release, Size Reduc tion, Kapitel 3.6.: Wet Grinding sowie in EP-A-0 498 824.

Eine ebenfalls bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfah rens ist dadurch gekennzeichnet, daß das Dispergieren in der Stufe a) folgende Schritte enthält:

1. a₁) Lösen eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Carotinoide in einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel oder in einer Mischung aus Wasser und einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel oder
2. a₂) Läsen eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Carotinoide in einem mit Wasser nicht mischbaren, organischen Lösungsmittel und
3. a₃) Mischen der nach a₁) oder a₂) erhaltenen Lösung mit einer wäß rigen molekulardispersen oder kolloiddispersen Lösung eines teilabgebauten Sojaproteins mit einem Abbaugrad von größer 5%, wobei die hydrophobe Phase des Carotinoids als nanodis perse Phase entsteht.

Je nach Art der verwendeten Lösungsmittel kann es sich bei der nanodispersen Phase im Schritt a₃) um feste Nanopartikel (Suspen sion) oder um Nanotröpfchen (Emulsion) handeln.

Die in der Stufe a₁) verwendeten wassermischbaren Lösungsmittel sind vor allem wassermischbare, thermisch stabile, flüchtige, nur Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenene Lösungsmit tel wie Alkohole, Ether, Ester, Ketone und Acetale zu nennen. Zweckmäßig verwendet man solche Lösungsmittel, die mindestens zu 10% wassermischbar sind, einen Siedepunkt unter 200°C aufweisen und/oder weniger als 10 Kohlenstoffe haben. Besonders bevorzugt werden Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, 1,2-Butan diol-1-methylether, 1,2-Propandiol-1-n-propylether, Tetrahydro furan oder Aceton verwendet.

Der Begriff "ein mit Wasser nicht mischbares organisches Lösungs mittel" steht im Sinne der vorliegenden Erfindung für ein organi sches Lösungsmittel mit einer Wasserlöslichkeit bei Normaldruck von weniger als 10%. Als mögliche Lösungsmittel kommen dabei u. a. halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Methylenchlorid, Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff, Carbon säureester wie Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Propylencarbo nat, Ethylformiat, Methyl-, Ethyl- oder Isopropylacetat sowie Ether wie Methyl-tert.butylether in Frage. Bevorzugte, mit Was ser nicht mischbare organische Lösungsmittel sind die folgenden Verbindungen aus der Gruppe, bestehend aus Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylformiat, Ethylacetat, Isopropylacetat und Methyl-tert. butylether.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich bevorzugt um die Herstellung von Trockenpulvern von Sauerstoff-haltigen Carotinoiden, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend Astaxanthin, Canthaxanthin, Lutein, Zeaxanthin, Citranaxanthin und β-Apo-8'- Carotinsäureethylester handelt.

Besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) Astaxanthin und/oder Canthaxanthin in einem mit Wasser misch baren, organischen Lösungsmittel oder einer Mischung aus Was ser und einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmit tel bei Temperaturen größer 30°C löst,
b) die erhaltene Lösung mit einer wäßrigen molekulardispersen oder kolloiddispersen Lösung eines teilabgebauten Sojapro teins mit einem Abbaugrad von 6 bis 9% mischt und
c) die gebildete Dispersion in ein Trockenpulver überführt.

Ganz besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um ein Verfahren zur Herstellung von Astaxanthin-haltigen Trockenpulvern.

Die Herstellung der o. g. Trockenpulver erfolgt vorteilhafterweise so, daß man mindestens eines der Sauerstoff-haltigen Carotinoide in einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel bei Temperaturen größer 30°C, vorzugsweise zwischen 50°C und 240°C, insbesondere 100°C bis 200°C, besonders bevorzugt 140°C bis 180°C, gegebenenfalls unter Druck, löst.

Da die Einwirkung hoher Temperaturen u. U. den gewünschten hohen all-trans Isomerenanteil herabsetzen kann, löst man das/die Caro tinoid(e) möglichst rasch, beispielsweise im Sekundenbereich, z. B. in 0,1 bis 10 Sekunden, besonders bevorzugt in weniger als 1 Sekunde. Zur raschen Herstellung der molekulardispersen Lösung kann die Anwendung von erhöhtem Druck, z. B. im Bereich von 20 bar bis 80 bar, vorzugsweise 30 bis 60 bar, vorteilhaft sein.

Die so erhaltene molekulardisperse Lösung versetzt man anschlie ßend direkt mit der gegebenenfalls gekühlten wäßrigen molekular dispersen oder kolloiddispersen Lösung des Schutzkolloids in der Weise, daß sich eine Mischungstemperatur von etwa 35°C bis 80°C einstellt.

Dabei wird die Lösungsmittelkomponente in die wäßrige Phase über führt und die hydrophobe Phase des/der Carotinoid(e) entsteht als nanodisperse Phase.

Hinsichtlich einer näheren Verfahrens- und Apparatebeschreibung zur oben genannten Dispergierung wird an dieser Stelle auf EP B-0 065 193 Bezug genommen.

Die Überführung in ein Trockenpulver kann dabei u. a. durch Sprüh trocknung, Sprühkühlung, Gefriertrocknung oder Trocknung im Wir belbett, gegebenenfalls auch in Gegenwart eines Überzugsmaterials erfolgen. Als Überzugsmittel eignen sich u. a. Maisstärke, Kiesel säure oder auch Tricalciumphosphat.

Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des Endproduktes kann es in einigen Fällen zweckmäßig sein, dem Kolloid einen Weichmacher zuzusetzen, wie Zucker oder Zuckeralkohole, z. B. Saccharose, Glu cose, Glucosesirup, Dextrin, Lactose, Invertzucker, Sorbit, Man nit oder Glycerin.

Zur Erhöhung der Stabilität des Wirkstoffes gegen oxidativen Ab bau ist es vorteilhaft, Stabilisatoren wie α-Tocopherol, t-Butyl hydroxy-toluol, t-Butylhydroxyanisol, Ascorbinsäure oder Ethoxy quin zuzusetzen. Sie können entweder der wäßrigen oder der Lösungsmittel-Phase zugesetzt werden, vorzugsweise werden sie jedoch gemeinsam mit den Wirkstoffen in der Lösungsmittel-Phase gelöst.

Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, zusätzlich in der Lösungsmittel-Phase ein physiologisch zugelassenes Öl wie bei spielsweise Sesamöl, Maiskeimöl, Baumwollsaatöl, Sojabohnenöl oder Erdnußöl sowie Ester mittelkettiger pflanzlicher Fettsäuren in einer Konzentration von 0 bis 500 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 300 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das/die Xanthophyll(e), zu lösen, das dann gemeinsam mit den Wirkstoffen und den genannten Zusatzstoffen beim Mischen mit der wäßrigen Phase extrem feinteilig ausgefällt wird.

Das Verhältnis Schutzkolloid und Weichmacher zu Sauerstoffhalti gem Carotinoid wird im allgemeinen so gewählt, daß ein Endprodukt erhalten wird, das zwischen 0,1 und 30 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 20 Gew.-% Carotinoid, 10 bis 70 Gew.-% eines Schutzkolloids, 10 bis 70 Gew.-% eines Weichma chers, alle Prozentangaben bezogen auf die Trockenmasse des Pul vers, sowie gegebenenfalls geringe Mengen eines Stabilisators enthält.

Die Erfindung betrifft auch Trockenpulver von Sauerstoff-haltigen Carotinoiden, erhältlich nach einem der eingangs genannten Ver fahren.

Bevorzugt handelt es sich dabei um Trockenpulver, enthaltend Sauerstoff-haltige Carotinoide, ausgewählt aus der Gruppe, be stehend Astaxanthin, Canthaxanthin, Lutein, Zeaxanthin, Citra naxanthin und β-Apo-8'-Carotinsäureethylester, besonders bevor zugt Canthaxanthin und Astaxanthin, ganz besonders bevorzugt Astaxanthin.

Der Wirkstoffgehalt in den erfindungsgemäßen Trockenpulvern liegt im Bereich von 0,1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 25 Gew.-%, be sonders bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 8 bis 15 Gew.-%.

Die erfindungsgemäßen Trockenpulver zeichnen sich u. a. dadurch aus, daß sie sich in wäßrigen Systemen unter Erzielung einer gleichmäßigen Feinverteilung des Wirkstoffes im Korngrößenbereich kleiner 1 µm problemlos wieder redispergieren lassen.

Darüberhinaus wurde gefunden, daß man kolloidal stabile und nicht vernetzende nanopartikuläre Wirkstoffdispersionen von Sauerstoff haltigen Carotinoiden erhält, deren Viskositätsverhalten annä hernd denen von Newtonschen Flüssigkeiten entspricht. Derartige Flüssigkeiten zeichnen sich dadurch aus, daß deren durch die New tonsche Gleichung τ = h.D definierter Fließwiderstand bei gegebe ner Temperatur eine Stoffkonstante ist (τ = Schubspannung, D = Schergefälle, h = dynamische Viskosität). Die graphische Darstel lung des Fließverhaltens newtonscher Flüssigkeiten ergibt bei gegebener Temperatur annähernd eine Gerade. Insbesondere ändert sich die Viskosität der Wirkstoffdispersion bei 40°C und bei 60°C im Scherbereich zwischen 10^-2 sec^-1 und 10⁺² sec^-1 um weniger als ±50%.

Die Vorteile dieses annähernd newtonschen Viskositätsverhaltens liegen u. a. darin, daß sich die Wirkstoffdispersionen, insbeson dere nach der Aufkonzentrierung leichter Pumpen lassen, als dies bei strukturviskosen Dispersionen der Fall ist. Beim Sprühtrock nen haben die annähernd newtonschen Wirkstoffdispersionen außer dem den Vorteil, daß sich die Parameter des Sprühkopfes leichter optimieren lassen und daß sich diese Dispersionen im Sprühkopf unkritischer verhalten.

Im Vergleich zu teilabgebauten Sojaproteinen mit geringen Abbau graden < 5%, lassen sich mit den erfindungsgemäß verwendeten Sojaproteinen Xanthophyll-haltige Trockenpulver mit verbesserter Farbstärke sowie verbesserter Kaltwasser-Redispergierbarkeit her stellen.

Teilabgebaute Sojaproteine mit einem Abbaugrad größer 5% zeigen überraschenderweise eine bessere Verträglichkeit mit den eingangs genannten wassermischbaren Lösungsmitteln. Dadurch sind konzen triertere Fahrweisen und somit ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Trockenpulver möglich.

Ferner konnte beobachtet werden, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zusammenlagerung der Xanthophylle zu H-Aggregaten vermieden wird.

Die Aggregation von Carotinoiden ist ein in der Literatur bereits bekanntes und in zahlreichen Publikationen beschriebenes Phänomen [P. Seng, T. A. Moore, Photochemistry and Photobiology, 19, 435-441 (1974); A. V. Ruban, P. Horton, A. J. Young, J. Photo chem. Photobiol. B: Biol., 21, 229-234 (1993); V. R. Salares, N. M. Young, P. R. Carey, H. J. Bernstein, Journal of Raman Spec troscopy, 6 (6), 282-288 (1977)].

Carotinoid-Aggregate können beispielsweise dadurch erzeugt wer den, daß man eine Lösung eines Carotinoids in einem wassermisch baren, organischen Lösungsmittel wie z. B. Isopropanol, Ethanol, Aceton oder Tetrahydrofuran mit Wasser vermischt.

So können, wie in der oben genannten Literatur beschrieben, bei Wahl der richtigen Mengenverhältnisse von Wasser und organischem Lösungsmittel entweder sogenannte H- oder J-Aggregate erzeugt werden.

Unter H-Aggregaten versteht man eine "kartenspielähnliche" Stape lung der Polyenketten (card-stack aggregate), die sich im UV/Vis- Spektrum durch das Auftreten einer neuen, im Vergleich zur Ab sorption der monomer vorliegenden Formen hypsochrom verschobenen Bande im Bereich zwischen 320 und 400 nm charakterisieren läßt. J-Aggregate dagegen stellen entweder eine lineare Kopf-Schwanz Verknüpfung (head-tail aggregates) der Polyene dar oder sie sind fischgrätenartig angeordnet (herringbone aggregates). Beide An ordnungen bewirken eine bathochrome Verschiebung der UV-Absorp tion der Polyene.

Fütterungsversuche an Forellen haben gezeigt, daß H-Aggregate von Xanthophyllen, insbesondere die H-Aggregate von Astaxanthin eine schlechtere Bioverfügbarkeit aufweisen als die entsprechenden J-Aggregate, was sich als ein weiterer Vorteil der nach dem er findungsgemäßen Verfahren hergestellten Trockenpulver darstellt.

Die oben genannten Trockenpulver eignen sich insbesondere als Zusatz zu Lebens- und Tierfuttermitteln sowie als Zusatz zu phar mazeutischen Zubereitungen. Typische Einsatzgebiete für die Caro tinoid-haltigen Trockenpulver im Tierfuttermittelbereich sind beispielsweise die Fischpigmentierung in der Aquakultur sowie die Eidotter- und Broilerhautpigmentierung in der Geflügelzucht.

In den nachfolgenden Beispielen wird die Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Beispiel 1 Herstellung eines Sojaprotein-Hydrolysats durch enzymatischen Abbau

In einem 2 l Becherglas wurden 600 ml Wasser und 40 g Sojapro tein-Isolat (Proteingehalt 85 Gew.-%) vorgelegt und unter Rühren auf 60°C erwärmt. Dann wurde der pH-Wert mit 1 M Natronlauge auf 9,0 eingestellt, 0,5 g Bromelain zugegeben und 45 Minuten lang bei 60°C weitergerührt. Anschließend wurde der pH-Wert erneut mit 1 M Natronlauge auf 9,0 eingestellt. Anhand des Natronlauge-Ver brauchs berechnete sich der DH-Wert von 7%. Das Enzym wurde an schließend durch 2-minütiges Erhitzen der Lösung auf 100°C desak tiviert.

Beispiel 2 Astaxanthin Trockenpulver

In einer beheizbaren Vorlage wurden bei einer Temperatur von 30°C 48 g kristallines Astaxanthin und 20 g α-Tocopherol in 350 g ei nes azeotropen Isopropanol/Wasser-Gemischs bei Raumtemperatur suspendiert. Die Wirkstoffsuspension wurde dann auf 100°C erwärmt und bei einer Flussrate von 2,1 kg/h kontinuierlich mit weiterem Isopropanol/Wasser-Azeotrop der Temperatur 226°C und einer Fluss rate von 2,6 kg/h vermischt, wobei sich Astaxanthin bei einer sich einstellenden Mischungstemperatur von 172°C bei einem Druck von 60 bar auflöste. Diese Wirkstofflösung wurde unmittelbar an schließend mit einer wässrigen Phase, bestehend aus einer Lösung von 72 g teilabgebautem Sojaprotein mit einem Abbaugrad von 7%, 200 g Glucosesirup in 6000 g destilliertem Wasser, in dem der pH- Wert mit 1 M NaOH auf pH 9,5 eingestellt wurde, bei einer Fluss rate von 35,8 kg/h vermischt.

Die bei der Mischung entstandenen Wirkstoffteilchen wiesen im Isopropanol/Wasser-Gemisch eine Teilchengröße von 174 nm auf, bei einem E1/1-Wert von 119.

Anschließend wurde die Wirkstoff-Suspension am Dünnfilmverdampfer auf eine Konzentration von ca. 3,4% Wirkstoffgehalt aufkonzen triert und sprühgetrocknet. Das Trockenpulver wies einen Astaxanthin-Gehalt von 12,3 Gew.-% auf. Das in Wasser redisper gierte Trockenpulver hatte eine Teilchengröße von 200 nm und wies einen E1/1-Wert von 101 auf.

Beispiel 3 Astaxanthin Trockenpulver

Zunächst wurden 48 g kristallines Astaxanthin, 1,6 g Ascorbylpal mitat und 20 g α-Tocopherol in 350 g eines azeotropen Isopropa nol/Wasser-Gemischs bei Raumtemperatur suspendiert. Diese Wirk stoffsuspension wurde dann auf 88°C erwärmt und bei einer Fluss rate von 2,1 kg/h kontinuierlich mit weiterem heißem Isopropanol/ Wasser-Azeotrop bei einer Flussrate von 2,7 kg/h vermischt, wobei sich Astaxanthin bei einer sich einstellenden Mischungstemperatur von 165°C bei einem Druck von 60 bar auflöste. Die Wirkstofflösung wurde sodann mit einer wässrigen Phase, bestehend aus einer Lösung von 103 g teilabgebautem Sojaprotein, hergestellt gemäß Beispiel 1 und 163 g Glucose in 10800 g destilliertem Wasser, in dem der pH-Wert mit 1 M NaOH auf pH 9,5 eingestellt worden war, bei einer Flussrate von 60 kg/h vermischt.

Die bei der Mischung entstandenen Wirkstoffteilchen wiesen im Isopropanol/Wasser-Gemisch eine Teilchengröße von 153 nm auf, bei einem E1/1-Wert von 124. Anschließend wurde diese Wirkstoff-Dis persion am Dünnfilmverdampfer auf eine Konzentration von ca. 3,6% Wirkstoffgehalt aufkonzentriert und sprühgetrocknet. Das Trockenpulver wies einen Astaxanthin-Gehalt von 13,0 Gew.-% auf. Das in Wasser redispergierte Trockenpulver hatte eine mittlere Teilchengröße von 400 nm und wies einen E1/1-Wert von 106 auf.

Beispiel 4 Canthaxanthin Trockenpulver

Zunächst wurden 48 g kristallines Canthaxanthin, 4 g Ascorbylpal mitat und 16 g α-Tocopherol in 350 g eines azeotropen Isopropa nol/Wasser-Gemischs bei Raumtemperatur suspendiert. Diese Wirk stoffsuspension wurde dann auf 88°C erwärmt und bei einer Fluss rate von 2,9 kg/h kontinuierlich mit weiterem heißem Isopropanol/Wasser-Azeotrop bei einer Flussrate von 4,8 kg/h vermischt, wobei sich Canthaxanthin bei einer sich einstellenden Mischungstempera tur von 175°C und bei einem Druck von 60 bar auflöste. Diese Wirkstofflösung wurde sodann mit einer wässrigen Phase, bestehend aus einer Lösung von 120 g teilabgebautem Sojaprotein mit einem Abbaugrad von 7% und 197 g Glucose in 7400 g destilliertem Was ser, in dem der pH-Wert mit 1 M NaOH auf pH 9,5 eingestellt wor den war, bei einer Flussrate von 52 kg/h vermischt.

Die bei der Mischung entstandenen Wirkstoffteilchen wiesen im Isopropanol/Wasser-Gemisch eine Teilchengröße von 139 nm auf, bei einem E1/1-Wert von 134. Anschließend wurde diese Wirkstoff-Dis persion am Dünnfilmverdampfer auf eine Konzentration von ca. 3,3% Wirkstoffgehalt aufkonzentriert und sprühgetrocknet. Das Trockenpulver wies einen Canthaxanthin-Gehalt von 12,5 Gew.-% auf. Das in Wasser redispergierte Trockenpulver hatte eine mitt lere Teilchengröße von 224 nm und wies einen E1/1-Wert von 125 auf.

Beispiel 5 Citranaxanthin Tockenpulver

100 g kristallines Citranaxanthin, 59 g teilabgebaute Sojaprotein mit einem Abbaugrad von 7% und 50 g Natriumascorbat wurden in 280 g VE-Wasser bei Raumtemperatur suspendiert. Die Wirkstoff- Suspension wurde dann zusammen mit ca. 400 g Zirkonoxid-Keramik mahlperlen vom Durchmesser 1 Mm in einer 1000 ml-Glasflasche auf einer Hochleistungsdispergiermaschine (Red-Devil®, Fa. Erichsen, Deutschland) dispergiert. Nach einer Mahldauer von 1 Stunde wurde die gemahlene Suspension unter Stickstoff zu einer wäßrigen Lösung von 130 g eines teilabgebauten Sojaproteins mit einem Abbaugrad von 7%, 200 g Saccharose in Gegenwart von 1 g Ascor bylpalmitat und 1,5 g α-Tocopherol gegeben. Nach Homogenisierung der Mischung wurde die Suspension anschließend mittels Sprühküh lung getrocknet. Man erhielt ein Citranaxanthin Trockenpulver mit einem Wirkstoffgehalt von 13 Gew.-%.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Trockenpulvern eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Carotinoide durch

a) Dispergieren eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Carotinoide in einer wäßrigen molekulardispersen oder kolloiddispersen Lösung eines Schutzkolloids und
b) Überführung der gebildeten Dispersion in ein Trocken pulver durch Abtrennung des Wassers und gegebenenfalls zusätzlich verwendeter Lösungsmittel und Trocknung, gege benenfalls in Gegenwart eines Überzugsmaterials,

dadurch gekennzeichnet, daß man als Schutzkolloid im Verfah rensschritt a) mindestens ein teilabgebautes Sojaprotein mit einem Abbaugrad von größer 5% verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim Dispergierschritt a) um die Herstellung einer Sus pension eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Carotinoide in einer wäßrigen molekulardispersen oder kolloiddispersen Lösung eines teilabgebauten Sojaproteins mit einem Abbaugrad von größer 5% handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die im Verfahrensschritt a) hergestellte Suspension vor der Überführung in ein Trockenpulver mahlt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispergieren in der Stufe a) folgende Schritte enthält:

1. a₁) Lösen eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Carotinoide in einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel oder in einer Mischung aus Wasser und einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel oder
2. a₂) Lösen eines oder mehrerer Sauerstoff-haltiger Carotinoide in einem mit Wasser nicht mischbaren, organischen Lösungsmittel und
3. a₃) Mischen der nach a₁) oder a₂) erhaltenen Lösung mit einer wäßrigen molekulardispersen oder kolloiddispersen Lösung eines teilabgebauten Sojaproteins mit einem Abbaugrad von größer 5%, wobei die hydrophobe Phase des Carotinoids als nanodisperse Phase entsteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß man als Schutzkolloid mindestens ein teilabgebautes Sojaprotein mit einem Abbaugrad von 6 bis 12% verwendet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei den Sauerstoff-haltigen Carotinoi den um Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Astaxanthin, Canthaxanthin, Lutein, Zeaxanthin, Citranaxan thin und β-Apo-8'-Carotinsäureethylester handelt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) Astaxanthin und/oder Canthaxanthin in einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel oder einer Mischung aus Wasser und einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel bei Temperaturen größer 30°C löst,
b) die erhaltene Lösung mit einer wäßrigen molekulardisper sen oder kolloiddispersen Lösung eines teilabgebauten Sojaproteins mit einem Abbaugrad von 6 bis 9% mischt und
c) die gebildete Dispersion in ein Trockenpulver überführt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Carotinoid Astaxanthin verwendet.

9. Trockenpulver von Sauerstoff-haltigen Carotinoiden, erhält lich nach einem Verfahren, definiert gemäß einem der Ansprü che 1 bis 8.

10. Trockenpulver nach Anspruch 9, enthaltend Sauerstoff-haltige Carotinoide, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Asta xanthin, Canthaxanthin, Lutein, Zeaxanthin, Citranaxanthin und β-Apo-8'-Carotinsäureethylester.

11. Trockenpulver nach einem der Ansprüche 9 oder 10 mit einem Carotinoidgehalt von 0,1 bis 30 Gew.-%.

12. Trockenpulver nach einem der Ansprüche 9 bis 11, enthaltend 5 bis 20 Gew.-% Astaxanthin.

13. Trockenpulver nach einem der Ansprüche 9 bis 11, enthaltend 5 bis 20 Gew.-% Canthaxanthin.

14. Verwendung der Trockenpulver, definiert gemäß einem der An sprüche 9 bis 13, als Zusatz zu Lebensmitteln, Pharmazeutika und/oder Tierfuttermitteln.