Partikuläre Formulierungen von kohlenhydratbasierten Biopolymeren mittels Sprühtrocknung

Partikuläre Formulierungen zur Verkapselung von Wirkstoffen mittels Sprühtrocknungsverfahren gewinnen in der Kosmetik-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie aufgrund der Reduzierung des Gehalts an Wirkstoffen oder aktiven Substanzen bei gleicher Wirkung gegenüber herkömmlichen Produkten immer mehr an Bedeutung.

Zur Herstellung von Formulierungen dieser Art werden überwiegend Polymere auf der Basis petrochemischer Rohstoffe, wie beispielsweise Polymethylmethacrylat, verwendet. Diese bauen sich in der Umwelt teilweise nicht oder nur sehr langsam ab und führen dadurch zu einer erheblichen Bioakkumulation.

Ziel dieser Dissertation ist die Entwicklung von partikulären Formulierungen auf Basis von biobasierten und abbaubaren Polymeren, die sich mittels Sprühtrocknung verarbeiten lassen. Die Freisetzungseigenschaften der partikulären Formulierungen sollen anschließend untersucht werden.

Durch den Einsatz der Sprühtrocknung soll eine nachhaltige, energie- und rohstoffeffiziente und in der Industrie etablierte Methode für die Erprobung der zu entwickelnden Materialien angewendet werden, die speziell für die Verkapselung von Wirk- und Effektstoffen mittels Biopolymeren bisher in der wissenschaftlichen Literatur wenig beschrieben ist. Neben den Freisetzungseigenschaften sollen auch die Biokompatibilität und die Abbaubarkeit der Polymere in den Fokus mit einbezogen werden.

Ein wichtiger Schwerpunkt ist die Auswahl geeigneter kohlenhydratbasierter Biopolymere für den Einsatz in Sprühtrocknungsverfahren. Eine zusätzliche chemische Modifikation der Biopolymere, beispielsweise Acetylierung oder Carboxylierung, beeinflusst und kontrolliert Eigenschaften wie Stabilität, Funktionalisierung und Freisetzung. Neben diesen Modifikationen sollen auch so genannte ‚Blends‘ sowohl mit modifizierten als auch mit nicht-modifizierten kohlenhydratbasierten Biopolymeren verglichen und untersucht werden. Diese neuartigen Formulierungen sollen mittels physikalisch-chemischer Methoden charakterisiert und bewertet werden. Hierfür soll zusätzlich ein Testsystem als Vergleich für die Bewertung des Freisetzungsverhaltens entwickelt werden. Für die Simulation der Stabilität sollen beispielhaft repräsentative Vertreter von Modellwirkstoffen und Farbstoffen bei der Verkapselung zum Einsatz kommen.

Mit den aussichtsreichsten Formulierungen werden gegen Ende der Dissertation die Einflüsse auf Mensch und Umwelt untersucht. Hierbei liegt ein Hauptaugenmerk auf der Biokompatibilität, Bioviabilität und Zytotoxizität der Formulierungen, besonders die der modifizierten Biopolymere. Weiterhin ist die Untersuchung der Abbauprodukte im Hinblick auf die Wirkungen auf die Umwelt und deren Organismen von Bedeutung.