Die Nachfrage nach gesundheitsfördernden Lebensmitteln und Functional Food steigt seit Jahren. Auch die Vielfalt an Aromen, Lebensmittelfarbstoffen und ätherischen Ölen ist größer denn je. Doch kann sich der Einsatz und die Verarbeitung von Aktivstoffen schwierig gestalten: Sie sind oft licht-, sauerstoff- und temperaturempfindlich, reagieren ungewollt früh mit anderen Ingredienzen, bluten aus oder wirken nicht lang oder intensiv genug.
Mit dem Hot-Melt-Verfahren nutzt die Lebensmittelindustrie eine Methode, die in der Arzneimittelherstellung seit Langem dafür zum Einsatz kommt, Wirkstoffe in eine schützende Hülle einzubetten. Die Herausforderung dabei besteht darin, temperatursensitive Rohmaterialien wie Vitamine, ätherische Öle oder Enzyme mit einem dünnen Film aus heißen, geschmolzenen Coatingmaterialien zu umhüllen. Hierbei spielt die Grenzflächentemperatur eine Hauptrolle. Das weiß auch der Anlagenbauer Glatt Ingenieurtechnik aus Weimar. Er entwickelt Wirbelschicht- und Strahlschichtprozesse für das Partikeldesign und bietet Anlagensysteme für den kontinuierlichen und chargenweisen Produktionsbetrieb.
Die etablierten Leitverfahren
Das Wirbelschicht- und das Strahlschichtverfahren haben sich als Leitverfahren für die Formulierung und Optimierung von Pulvereigenschaften etabliert. Sie eignen sich sehr gut für Coatingprozesse sowie für Sprühgranulationen, Sprühagglomerationen und Mikroverkapselungen (Matrixverkapselungen).
Im grundlegenden Prozess beider Verfahren können Flüssigkeiten wirtschaftlich getrocknet oder verfestigt, Additive integriert und Oberflächen funktionalisiert werden. Der Unterschied der Konzepte liegt – vereinfacht gesagt – in der Strömungsmechanik und Prozessdynamik.
In beiden Verfahren verhalten sich Partikelschüttungen wie Flüssigkeiten. Sie werden mit einem Prozessgas, im einfachsten Fall Luft, fluidisiert. Bei der Sprühgranulation werden feststoffhaltige Flüssigkeiten wie Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen in die Prozesskammer gesprüht und durch Mikroprozesse wie Benetzen, Verdunsten und Kristallisieren schalenartig zu Partikeln mit Korngrößen zwischen 50 µm und 4 mm aufgebaut.
Pulver für Instantgetränke und Soßen werden beispielsweise sprühagglomeriert, indem sie mit einer Binderflüssigkeit besprüht und zu größeren und gröber strukturierten Instantkörnchen verklebt und getrocknet werden – sie lösen sich bei der späteren Zubereitung wieder rückstandslos auf. Für Hot-Melt-Anwendungen besonders relevant sind die Mikroverkapselung mithilfe von Sprühgranulation und das Sprühcoating.
Vitamine, Öle und Co. verkapseln
Beim Mikroverkapseln geht es darum, Flüssigkeiten, Gase oder Feststoffe feindispers in eine geeignete Matrix einzuschließen. Dabei werden beispielsweise Öl-in-Wasser-Emulsionen mit oxidationsempfindlichen Lavendel- oder Orangenöl zusammen mit einem gelösten Matrixbildner, etwa modifizierte Stärke, in die Prozesskammer eingesprüht und zu einem langzeitstabilen und rieselfähigen Granulat getrocknet. Um probiotische Mikroorganismen zu verkapseln und zu immobilisieren, haben Ingenieure von Glatt ein Strahlschichtverfahren entwickelt, das sie mit einer deutlich höheren Temperatur trocknet als üblich.
