Bildungskinetik, rheologische Eigenschaften und induzierter struktureller Abbau von biofunktionalen Hüllschichten und Mikrokapseln

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein speziell für die Lebensmittelanwendung ausgelegtes Kapselmodellsystem entwickelt und in Hinblick auf die Bildungskinetik, rheologischen Eigenschaften, Strukturanalyse und Dynamik der die Kapseln umgebenden Hüllschichten charakterisiert. Hierbei wurde auf ein einfaches Kapselmodellsystem, das auf der ionischen Vernetzung von Alginat und Pektin mit mehrwertigen Kationen basiert, zurückgegriffen. Nach geeigneter Stoffauswahl und erfolgreicher Optimierung des Herstellungsprozesses rückte insbesondere die Charakterisierung der mechanischen Stabilität der Kapselmembranen in den Fokus dieser Arbeit. Systematische rheologische Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften hinsichtlich der elastischen und plastischen Deformierbarkeit der Gelmembranen erfolgten anhand von Squeezing- und Spinning-Capsule-Messungen. Des Weiteren sollte das hergestellte Kapselmodellsystem der Stabilisierung und gezielten Freisetzung empfindlicher Inhaltsstoffe, den Anthocyanen, dienen. In stofflicher und morphologischer Hinsicht wurde anhand erster Freisetzungsmessungen deutlich, dass die Polysaccharidkapseln, bedingt durch die hochporösen, stark diffusionsdurchlässigen Gelmembranen, zur gewünschten Extraktrückhaltung und gezielten Extraktfreisetzung im Darm angepasst und modifiziert werden müssen. Um somit das pH-gesteuerte Darm-Targeting zu erreichen, wurde zum einen versucht die Anthocyan-diffusion durch die Ausbildung von Kompositmembranen unter Zugabe von PLL zur Vernetzer- bzw. Schellack zur Polymerlösung zu vermindern bzw. zu hemmen. Zum anderen wurden die Kapseln mit externen Coatings durch Aufbringung zusätzlicher Polyelektrolytmultischichten (Layer-by-Layer-Verfahren) bzw. einer umhüllenden Schellackmembran versehen. Während die Bildung der Komposit- und Multischichtenmembranen nur zu geringfügigen Änderungen der Freisetzungskinetiken führte, konnte die Membranpermeabilität durch die Aufbringung externer Schellackschichten signifikant vermindert werden. Insgesamt konnte in dieser Arbeit ein speziell für die Lebensmittelanwendung zugelassenes Kapsel-modellsystem erfolgreich synthetisiert werden. Die mit Schellack beschichteten Kapseln bieten die Möglichkeit der effektiven Extraktstabilisierung und nachhaltigen Speicherung mit gezielter Darmfreisetzung. Die zahlreichen systematischen Deformations- und Freisetzungsuntersuchungen konnten hierbei zur Beschreibung und Förderung des Verständnisses des komplexen Gelbildungsmechanismus und der Anthocyandiffusion beitragen.