Mikroverkapselung
Verkapseln aus der Flüssigkeit.
Kombination von Trocknung, Granulatbildung und Freisetzungssteuerung in einem Schritt.
Mikrokapseln in fester Matrix zum perfekten Einschließen und Schützen empfindlicher Substanzen
Häufig liegen Wertstoffe, die besonders geschützt werden müssen, als Pulver oder sogar als Flüssigkeit vor. Insbesondere für Produkte und Ingedients für die Lebensmittelindustrie findet dieser Verkapselungsprozess Anwendung. Dazu zählen beispielsweise Probiotika oder ätherische Öle, Duftstoffe und Aromen. Die Mikroverkapselung in der Wirbelschicht oder Strahlschicht erlaubt das Einbetten dieser Substanzen in Matrixpellets und somit die Kombination von Trocknung, Granulatbildung und Freisetzungssteuerung in einem Schritt. Die zu schützenden Stoffe werden emulgiert und anschließend auf Basis der Sprühgranulation schonend granuliert und dabei homogen verteilt in eine kompakte Schutzmatrix eingebettet.
Auf dem Gebiet der Mikroverkapselung hat Glatt verschiedene Fallstudien zu Formulierungs- und Prozessoptimierungsstrategien auf Basis der Verkapselungseffizienz durchgeführt. Je nach bevorzugtem Prinzip, basierend auf den Eigenschaften der zu verkapselnden Wirkstoffe des Kunden, kann eine breite Palette von verfügbaren technischen Geräten individuell hinsichtlich Kosten, Effizienz und Formulierungseigenschaften angepasst werden. Bei der wasserbasierten Matrixverkapselung konzentrieren wir uns auf die Verfestigungsbedingungen sowie das Kristallisationsverhalten bei der lipidbasierten Verkapselung, angepasst an das jeweilige Materialsystem zur Partikelbildung im Wirbelschicht- oder Strahlschicht-Sprühgranulationsverfahren.
Der Prozess der Mikroverkapselung erfolgt in Wirbelschichtanlagen und Strahlschichtanlagen, vorzugsweise in kontinuierlicher Betriebsweise.
Produkteigenschaften von Granulaten aus der Mikroverkapselung mittels Wirbelschicht oder Strahlschicht im Überblick:
Einstellbarer Aktivstoffgehalt
im finalen Granulat
Staubfreie, runde Pellets mit kompakter Struktur
Poröse Granulate durch Beladung fester Hilfsstoffe
Verschiedene
Trägersysteme
Optimale
Funktionalisierung
Ausgezeichnetes
Fließverhalten
Einstellbare
Partikelgröße
Einstellbare
Partikelgrößenverteilung
Homogene
Komponentenverteilung
Sehr gute
Dosierbarkeit
Gute
Löslichkeit
Gute
Dispergierbarkeit
Substanzen in Pulverform müssen in der Matrixflüssigkeit ausreichend gut dispergiert bzw. unlösliche Flüssigkeiten emulgiert werden. Bei der anschließenden Sprühgranulation werden die feinverteilten Wertstoffe in der festen Trägermatrix fixiert.
Alternativ zur Verkapselung in homogene, kompakte Matrizes kann die Sprühflüssigkeit auch auf Trägerpartikel aufgesprüht werden. Als Basismaterialien eignen sich beispielsweise anwendungskompatible Pulver oder auch inerte Trägergranulate. Die gezielte Variation der Formulierung und der Verfahrensparameter erlaubt das anforderungsspezifische Einstellen der Partikelstruktur.
Mittels Mikorverkapselung erzeugte Granulate und Pelltes punkten – ebenso wie Produkte aus der Sprühgranulation – mit Eigenschaften wie hoher Abriebfestigkeit, sehr guter Rieselfähigkeit, guter Löslichkeit oder optimaler Dosierbarkeit. Die staubfreien Granulate weisen eine dichte Oberflächenstruktur und hohe Schüttdichte auf und sind aufgrund ihrer veringerten Oberfläche wenig hygroskopisch. Parameter wie Korngröße, Restfeuchte und Feststoffgehalt lassen sich dabei gezielt beeinflussen, um unterschiedlichste Produkteigenschaften zu erreichen. Die Granulate eignen sich aufgrund ihrer oftmals runden Form auch sehr gut für ein anschließendes Coating zur weiteren Funktionalisierung.
Produktbeispiele für die Mikroverkapselung
Lavendelöl, mikro-verkapselt
Orangenöl, mikro-verkapselt
Beta Carotin, Vitamine, mikro-verkapselt
PUFA (mehrfach ungesättigte Fettsäuren), mikro-verkapselt
Granulat mit verkapseltem Öl, REM
Der Prozess der Mikroverkapselung auf Basis Sprühgranulation im Detail
Feststoffhaltige Flüssigkeiten wie Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen werden in eine Wirbelschicht oder Strahlschicht gesprüht. Durch den hohen Wärmeaustausch verdunsten bzw. verdampfen die wässrigen oder organischen Lösemittel sofort, und die Feststoffe bilden kleine Partikel als Trägerkerne. Diese werden mit weiterer Flüssigkeit benetzt, die wiederum nach der Trocknung einen festen Mantel um den Trägerkern bilden. Dieser Vorgang wiederholt sich. Die Granulate wachsen dabei schichtweise und homogen. Es ist keine separate Zuführung von Rohstoffen erforderlich. Alternativ kann auch eine definierte Menge von geeigneten Trägerkernen vorgelegt werden.
Werden verschiedene Ausgangsstoffe in der Flüssigphase gemischt und danach sprühgranuliert, entstehen Granulate, in denen die Ausgangsstoffe sehr gleichmäßig verteilt sind. Wird der Prozess richtig eingestellt, können so auch Flüssigkeiten in eine Matrix eingeschlossen werden. Empfindliche Substanzen können so gut geschützt werden.
Schutz sensibler Aktivstoffe mittels Mikroverkapselung auf Basis Sprühgranulation
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Schutz sensibler Aktivstoffe mittels Mikroverkapselung auf Basis Sprühagglomeration
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Glatt Kontinuierliche Sprühgranulation in der Wirbelschicht,
Beispiel: Top-Spray-Prozess
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Von der Produktidee zur Produktion
Da Mikroverkapselungsprozesse mit der Aufbereitung der Flüssigkeit beginnen, unterstützen wir Kunden bei der Entwicklung der Formulierung und Flüssigkeitsaufbereitung. Die Flüssigkeit kann dann in einem Anlagentest in unserem Technologiezentrum hergestellt werden. Ausgehend vom Labormaßstab kann das Produkt in Pilotanlagen verifiziert werden. Ein zuverlässiges Scale-up ermöglicht die Entwicklung von fertigen Lösungen im industriellen Maßstab.
Flüchtige Substanzen und sauerstoff-, feuchtigkeits- oder temperaturempfindliche Inhaltsstoffe sind eine Herausforderung für die Flüssigkeitszubereitung und -verarbeitung. Um diese Herausforderungen zu meistern, können wir sowohl das wirkende Fluidisierungsmedium (Stickstoff) als auch das Prozessgasflussmanagement (geschlossener Kreislauf) ändern. Wir können Flüssigkeiten auch bei schonenden Produktionstemperaturen (40°C) verarbeiten, ohne die Eigenschaften des Endprodukts negativ zu beeinflussen.
Über die Lohnproduktion bei Glatt können Ihre neuen Pulver, Pellets oder Granulate direkt in vereinbarten Mengen hergestellt, abgefüllt, verpackt und ausgeliefert werden. Als Anlagenbauer erbringt Glatt alle Leistungen von der Projektanbahnung, Entwicklung und Realisierung bis hin zur schlüsselfertigen Produktion in Ihrer eigenen Anlage.
Weitere Informationen zum Thema Mikroverkapselung in der Wirbelschicht und Strahlschicht finden Sie auch in den folgenden Veröffentlichungen:
Veröffentlichter Fachbeitrag: ‚Mikroverkapselung ätherischer Öle – Schonende Verarbeitung mit Wirbelschicht- und Strahlschichttechnologie‘ PDF, deutsch
Veröffentlichter Fachbeitrag: ‚Sensible Substanzen wirkungsvoll schützen – Partikeldesign mithilfe von Wirbelschicht- und Strahlschichtprozessen‘ PDF, deutsch
Veröffentlichter Fachbeitrag: ‚Flüchtige Stoffe verkapseln – Produktoptimierung mit künstlichen neuronalen Netzen‘ PDF, deutsch
Veröffentlichter Fachbeitrag: ‚Eine Frage der Gasführung – Mikroverkapselung von ätherischen Ölen durch Sprühgranulation in der Strahlschicht‘ PDF, deutsch
Veröffentlichter Fachbeitrag: ‚Emulsionen schonend granulieren‘ PDF, deutsch
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