Investigastions on the possibilities for the use of cellulose derivatives as a coating for particles containing functional ingredients in the fluidised bed application

Coatings, die im Bereich der Mikroverkapselung zumeist in der Wirbelschicht appliziert werden, sind häufig dazu eingesetzt, zum Schutz der verkapselten Inhaltstoffe eine Barriere gegen äußere Einflüsse zu bilden. Vor dem Hintergrund des in dieser Arbeit verwendeten, mehrfach ungesättigte Fettsäuren enthaltenden Rapsöls und der glasübergangstemperatursensiblen Trägermatrix aus Maltodextrin musste ein Coatingmaterial ausgewählt werden, welches einen guten Kompromiss bezüglich der Barriereeigenschaften gegen Sauerstoff und Wasserdampf bildet. Die Verwendung von zellulosederivatbasierten Coatings könnte diesen Kompromiss erfüllen, da zu diesen bereits Studien zu den Barriereeigenschaften gegenüber Sauerstoff- und Wasserdampf in Form von gegossenen Filmen vorliegen. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, Zellulosederivate hinsichtlich ihrer Eignung als funktionelle Coatings auf einer maltodextrinbasierten Trägermatrix zu untersuchen. Die Oberflächenspannung der Coatinglösung und die freie Oberflächenenergie der Trägermatrix machen einen wesentlichen Teil der Partikel-Flüssigkeits-Interaktion aus, daher wurde diese in der vorliegenden Arbeit untersucht und ein Modell zur Charakterisierung der Spreitungs- und Haftungseigenschaften etabliert. Dieses Modell trägt dazu bei, die Benetzungsprozesse und somit die Coatingqualität besser vorhersagen zu können. Durch die rheologischen Charakterisierungen ist es gelungen, für methylzellulosebasierte Coatingmaterialien die Grenzen hinsichtlich der Prozesstemperatur im Wirbelschichtcoatingprozess zu bestimmen. Es konnte gezeigt werden, dass unter bestimmten Prozessbedingungen die Eigenschaften und damit die Funktionalität von MC-Coatings negativ beeinflusst werden können. Hinsichtlich der Anwendung im Wirbelschichtcoatingprozess konnten die prozessbedingten Einflüsse auf die Lipidoxidation des verkapselten Rapsöls und die Funktionalität des methylzellulosebasierten Coatings identifiziert werden. Hierbei konnte festgestellt werden, dass die Prozesszeit und -temperatur einen wesentlichen Einfluss auf die Stabilität des verkapselten Rapsöls, nicht jedoch auf die Partikelstruktur haben. Weiterhin zeigte sich, dass Coatings aus Methylzellulose, entgegen der gängigen Literatur, keine Barriereeigenschaft gegenüber Sauerstoff aufweisen, sich jedoch sehr gut zur Anwendung als Wasser- dampfbarriere eignen. Zukünftige Arbeiten sollten der Fragestellung nachgehen, wie das in der Trägermatrix verkapselte Öl im Wirbelschichtcoatingprozess besser gegen eine Schädigung zu schützen ist. Dies könnte durch eine Optimierung der Prozessparameter, beispielsweise einer Konditionierung der Fluidisierungsluft, erfolgen.In order to protect a microencapsulated ingredient against environmental impacts coatings can be applied in a fluidised bed coating process. With regard to the raw materials used in this study, the rapeseed oil with a high content of polyunsaturated fatty acids and the maltodextrin based carrier matrix with a high sensitivity regarding the glass transition temperature, there is the need to find a coating material that is able perform a barrier against oxygen as well as against water vapour. As described in literature, the use of coating materials based on cellulose derivatives are a promising compromise, due to their ability to act as a barrier against oxygen and water vapour when applied as a film. Therefore the aim of this study was to investigate the suitability of coating materials based on cellulose derivatives as a functional coating on a maltodextrin based carrier matrix. The surface tension of the coating solution and the surface free energy of the core material are accountable for an essential part of the particle-liquid-interaction. Hence, there was a model established in order to investigate the spreading and adhesion properties of coating materials on model surfaces. The established model contributes to the prediction of the wetting properties and therefore the prediction of the coating quality. By means of rheological measurements it was feasible to determine the limits of the application of methylcellulose based coatings with regards to the process temperature in the fluidised bed coating process. Furthermore it was shown that the use of certain process parameters such as the process temperature can negatively influence the functionality of methylcellulose based coatings. With regard to the application in the fluidised bed coating process, it was possible to identify process induced changes in the lipid oxidation of the encapsulated rapeseed oil as well as the functionality of the methylcellulose based coating. It was proved, that the duration and the temperature of the process have a high impact on the stability of the encapsulated rapeseed oil, but not on the structure of the coated particles. In contrast to common literature it was shown, that the methylcellulose based coating do not act as a barrier against oxygen. Nevertheless the methylcellulose based coatings show excellent barrier properties against water vapour. The protection of the encapsulated oil in the core particle during the fluidised bed coating process should be part of future research. This could be realised for example by using conditioned fluidisation air in order to optimise the drying of the film and the temperature regime