Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2351
Main Title: Schmelzemulgierte ß-Carotin-Formulierungen für den Einsatz in Lebensmitteln
Translated Title: Melt-emulsified ß-carotene-formulations for the use in food systems
Author(s): Hentschel, Anke
Advisor(s): Knorr, Dietrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Der Trend zur Funktionalisierung von Lebensmitteln mit gesundheitsfördernen Substanzen ist ungebrochen. Carotinoide und besonders ß-Carotin sind dabei von Bedeutung, da sie neben dem Einsatz als Health Ingredient aufgrund ihrer intensiven Farbe vielfältig Anwendung finden. Da ß-Carotin stark hydrophob ist, müssen dispergierbare Formulierungen entwickelt werden, um den Einsatz in wässrigen Systemen zu ermöglichen. Diese Formulierungen sollen neben den koloristischen Eigenschaften vor allem die Bioverfügbarkeit erhöhen. Eine Möglichkeit der Formulierung von ß-Carotin sind Emulsionen, welche jedoch aufgrund der flüssigen Struktur den Wertstoff schnell abgeben. Um einen besseren Schutz von Wirk- bzw. Wertstoffen sowie eine verzögerte Abgabe zu gewährleisten, wurden feste Fettpartikel (Solid Lipid Nanoparticle - SLN) bzw. nanostrukturierte Lipidcarrier (Nanostructured Lipid Carrier - NLC) in der pharmazeutischen Forschung entwickelt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, deren Einsatzmöglichkeiten in Lebensmitteln für die Formulierung von ß-Carotin zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, langzeitstabile kolloidale Formulierungen mit lebensmittelrechtlich zugelassenen Stoffen mittels Schmelzemulgierung herzustellen. Neben dem Einfluss des Energieeintrages bei der Hochdruckhomogenisation wurde auch der Einfluss der Lagerbedingungen auf die Partikelgröße der Dispersionen untersucht. ß-Carotin liegt in den SLN/NLC molekular gelöst vor, wodurch eine gute Bioverfügbarkeit gewährleistet wird. Die Wertstoffkonzentration in den Formulierungen ist unter anderem abhängig von der Fettsäurekettenlänge des verwendeten Fettes und der Prozesstemperatur bei der Herstellung der Partikel. Die Stabilität des ß-Carotins ist im Vergleich zu Emulsionen in SLN deutlich verringert. Aufgrund der plättchenförmigen Struktur von Triglycerid-SLN kommt es zum Herausdrücken des Wertstoffes, welcher an der Oberfläche der Partikel vermehrt Oxidationsprozessen ausgesetzt ist. Durch die Verwendung von NLC kann die Wertstoffstabilität erhöhrt werden. Die Partikel können unter Verwendung von Hilfsstoffen sprüh- und gefriergetrocknet werden und eignen sich prinzipell für den Einsatz in Getränken. Aufgrund der kolloidalen Größe kommt es nicht zu Sedimentation oder Aufrahmen, jedoch ist in Abhängigkeit der Zusammensetzung eine Koagulation der Formulierungen möglich. Die SLN/NLC-Technologie bietet eine Reihe möglicher Anwendungen in Lebensmitteln. Da ihre Partikelform großen Einfluss auf die Eigenschaften und die damit verbundenen Anwendungsmöglichkeiten hat, ist eine gezielte Auswahl an Fett- und Emulgatormischungen nötig.
The interest in the development of functional foods is unwaning. Carotenoids, especially ß-carotene, are in the focus of interest because of their potential use as health ingredients and their intensive color. Because of the strong hydrophobic behavior of ß-carotene, waterdispersable formulations have been developed. These include polymeric nanoparticles, liposomes and emulsions. The objectives of these formulations are to improve the bioavailability of carotenoids and to control color shade and strength. A major problem concerning the use of emulsions is the rapid drug release. To overcome this disadvantage solid lipid nanoparticles (SLN) and nanostructured lipid carriers (NLC) were developed in pharmaceutical research. Due to the use of solid lipids (SLN) or mixtures of solid and liquid lipids (NLC) a sustained drug release is possible. The aim of the present study was to investigate the potential of SLN/NLC for the formulation of ß-carotene and their use in food systems. It has been shown that high-pressure melt-homogenization is a suitable process for the production of ß-carotene-loaded food colloids based on SLN/NLC. In addition to the influence of the applied energy during homogenization, the influence of storage conditions was investigated in terms of particle size. For particle size measurments dynamic and static light scattering were used. The ß-carotene in SLN/NLC is available in a molecular dissolved structure which features a good bioavailability. The drug-loading capacity of the particles depends on the structure of the triglycerides and the process-temperature applied. With a decreasing chain length of the fatty acids and increasing temperature the drug-load can be improved. The stability of ß-carotene in SLN is reduced in comparison to the stability in emulsions. This effect can be explaind by the particle shape of triglyceride-SLN. The platelet-like structure leads to drug expulsion of the ß-carotene to the particle-surface where it is exposed to oxidation. By the use of NLC for drug incorporation the stability of ß-carotene can be improved. Lyophilization and spray-drying of the SLN/NLC is a possibility to produce powder-products. An addition of carbohydrates before these processes is necessary in order to preserve the colloidal structure of the particles. Because of the colloidal structure of the particles the use of ß-carotene-loaded SLN and NLC in beverages is feasible without creaming or sedimentation. Due to the fat-composition and used emulsifiers a coagulation of the particles can occur. The formulations consisting of triglycerids were stable in beverages but showed a ring formation as the investigated emulsion did.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-25211
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2648
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2351
Exam Date: 30-Oct-2009
Issue Date: 20-Jan-2010
Date Available: 20-Jan-2010
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): NLC
ß-Carotin
SLN
Suspension
Wertstoffträger
Carrier system
NLC
ß-carotene
SLN
Suspension
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