DE10220785A1

DE10220785A1 - Geschützte Wirkstoffzubereitungen aus Aminosäuren und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10220785A1
Application number: DE10220785A
Authority: DE
Inventors: Hans-Albrecht Hasseberg; Winfried Heimbeck; Dieter Greisinger; Wolfgang Moese; Wolfgang Polzer; Nongyuan Shi; Martin Koerfer
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-20
Also published as: ES2299639T3; EP1360904A1; DE60318646T2; EP1360904B1; DE60318646D1; ATE383777T1

Abstract

Die Erfindung betrifft Wirkstoffzubereitungen für die Tierernährung von Aminosäuren, Vitaminen, Enzymen und Pigmenten, die geeignet sind, die Wirkstoffe in geschützter Form für die Ernährung von Nutztieren, insbesondere Wiederkäuern, zur Verfügung zu stellen und ein Verfahren zur Herstellung dieser geschützten Wirkstoffzubereitungen.

Description

Die Erfindung betrifft geschützte Wirkstoffzubereitungen von Aminosäuren, insbesondere Methionin, sowie von Vitaminen, Pigmenten oder Enzymen und ein Verfahren zur Herstellung dieser geschützten Wirkstoffzubereitungen. Insbesondere betrifft diese Erfindung Wirkstoffzubereitungen von Aminosäuren, die geeignet sind Aminosäuren in pansengeschützter Form für die Ernährung von Nutztieren, insbesondere Wiederkäuern zur Verfügung zu stellen.
Methionin oder sein Ersatzstoff das Methioninhydroxyanalog werden seit Jahrzehnten sehr erfolgreich in der Tierernährung als Zusatzstoffe eingesetzt, um den Bedarf der Nutztiere an der essentiellen Aminosäure in wirtschaftlicher, aber auch in physiologisch und ökologisch optimaler Weise zu decken. Methionin oder auch die Hydroxyanaloge können jedoch nicht direkt in der Wiederkäuerernährung eingesetzt werden, da die im Pansen lebenden Mikroben Aminosäuren, Hydroxysäuren und Proteine relativ schnell verstoffwechseln. Bei Fütterung von ungeschützten Aminosäuren bzw. Hydroxysäuren an Wiederkäuer würde also der überwiegende Anteil dieser Aminosäuren bzw. Hydroxysäuren dem Wiederkäuer nicht zur eigenen Versorgung zur Verfügung stehen, sondern durch mikrobiellen Abbau im Pansen für die Proteinsynthese im Stoffwechsel verloren gehen.
Eine Vielzahl sogenannter pansengeschützter Produkte, die aber in ihrer überwiegenden Anzahl nicht stabil genug gegen den mikrobiellen Abbau im Pansen sind, um einen sinnvollen Einsatz als Zusatzstoff zu gewährleisten sind im Stand-der-Technik bekannt. Die bisher besten Produkte basieren auf dem Einsatz relativ großer Methionin- Formlinge, wie zum Beispiel Granulat oder Pellets, die durch Beschichtung mit Polymeren geschützt werden. Als Beschichtungsmittel wird beispielsweise Ethylcellulose (EP 0 495 349) oder ein Copolymer aus Vinylpyridin und Styrol verwendet (US Patent 4,877,621 bzw. US Patent 4,876,097).
Die in EP 0 495 349 beschriebenen Produkte bestehen aus einem durch Pelletieren von Methionin und Hilfsstoffen erhaltenen Methionin-Formling, der dann mit einer Schutzhülle aus Ethylcellulose bevorzugt im 2- Schichtenauftrag mit einem anorganischen Hilfs- oder Füllstoff (z. B. Natrium-Aluminiumsilikat) beschichtet wird. Die herstellungsbedingte Zylinderform der Pellets führt zu relativ dünn beschichteten Kanten, die als Sollbruchstellen und für die Wirkstofffreisetzung als wesentlich angesehen werden.
Außerdem beschreibt EP 0 495 349 (Vergleichsbeispiel 5), dass abgerundete Partikel mit gleichmäßig starker Filmdicke ungünstige Wirkungen zeigen.
Die in EP 0495 349 erhaltenen Produkte setzen im gesamten Verdauungstrakt Methionin frei, im Pansen rel. wenig, was am hohen in vitro Pansenschutz von ≥ 80% abzulesen ist, aber im weiteren Verdauungstrakt Labmagen und Dünndarm zunehmend mehr. Dieses verzögerte Freisetzungsverhalten, auch "slow release"-Verhalten genannt, wird hier bevorzugt, da ein geringer Eintrag von Methionin im Pansen die Pansenflora stabilisiert. Dies ist insgesamt förderlich und ein langsames gleichmäßiges Freisetzen von Methionin im weiteren Verlauf der Verdauung führt zu einer gleichmäßigeren Verwertung als eine schlagartige pH- gesteuerte Freisetzung im Labmagen bei pH 2, die mit den Produkten aus US Patent 4,877,621 und US Patent 4,876,097 angestrebt wird.
Aufgrund der Größe der Partikel aus EP 0 495 349 von ca. 3,5 mm Länge ist jedoch die stabile homogene Verteilung solcher Produkte in Futtermischungen nicht immer leicht zu erreichen, zum einen bedingt durch die mit der Größe verbundene geringe Partikelzahl pro Volumen und zum anderen durch den Größenunterschied zu den anderen Mischfutterkomponenten, der unter ungünstigen Bedingungen teilweise zur Entmischung führen kann. Auf der anderen Seite ist die mechanische Stabilität bei sehr starker Beanspruchung wie z. B. beim Pelletieren des Futters nicht gegeben.
Die in US Patent 4,877,621 und US Patent 4,876,097 beschriebenen geschützten Produkte basieren auf der Beschichtung von aminosäurehaltigen Pellets mit Durchmessern von 0,1 bis ca. 5 mm, wobei eine pH sensitive Schutzhülle aufgebaut wird. Da die Intention auf der Erzeugung eines pH-abhängigen Freisetzungsverhaltens liegt, wird hier als wesentlicher Bestandteil immer ein Copolymer aus 2-Vinylpyridin und Styrol verwendet und im US Patent 4,876,097 zusätzlich weitere Komponenten wie z. B. Zein Celluloseacetobutyrat, Polyvinylacetat, Chitosan, Ethylcellulose und weitere Hilfstoffe inklusive verschiedener Lösungsmittel, was zu einer komplizierten aus mehreren Komponenten bestehende Schutzhülle führt. Das Freisetzungsverhalten zeigt zwar durchaus gute Ergebnisse, wird aber mit hoher Komplexität und durch Verwendung von teilweise futtermittelrechtlich noch nicht zugelassener Beschichtungs- beziehungsweise Hilfsstoffe erkauft, was eine ökonomische Verwertung erschwert.
EP 0 614 615 betrifft ein Futtermittelzusatz aus einer pansengeschützten Zusammensetzung die aus einer biologisch aktiven Substanz und einer Schutzhülle besteht und außerdem noch eine pelletierungsresistente Schutzhülle aus natürlichen oder synthetischen Polymeren besitzt. Polymere die sich für diese pelletierungsresistente Schutzhülle eignen besitzen einen Elastizitätsmodul bei 30°C zwischen 10⁸ und 10¹¹ dyne/cm² und eine Glasübergangstemperatur zwischen 50°C und 150°C. Diese Zusammensetzung besteht aus pelletiertem Granulat mit einer Partikelgröße größer als 1,5 mm.
US Patent 5,290,560 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Granulats durch Extrudierung mit Nahrungs- oder Arzneimittel-Wirkstoffen für Wiederkäuer, in dem man in einem ersten Schritt den Kern des Granulats extrudiert und in einem zweiten Schritt den Kern durch Pulverisieren beschichtet.
EP 588 346 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines 1,5 mm Granulats durch Extrudierung mit Nahrungs- oder Arzneimittel-Wirkstoffen für Wiederkäuer, in dem man in einem ersten Schritt den Kern des Granulats extrudiert und in einem zweiten Schritt den Kern durch Wirbelschichtbeschichtung beschichtete. Die hier beschriebene Futtermitteladditivzusammensetzung für Wiederkäuer besteht aus einem beschichteten Kern der biologisch aktiven Substanz. Die biologisch aktive Substanz ist eine Aminosäure, wie z. B. Lysin oder Methionin. Das Beschichtungsmaterial besteht aus gehärtetem tierischem Fett, Öl oder Wachs und einer aliphatischen Monocarbonsäure und/oder Nukleinsäure, Nukleotide, Nukleoside, Nucleinsäure enthaltende Basen oder Salze.
Im Angesicht der dargestellten Probleme, war es Aufgabe eine Wirkstoffzubereitung zur Verfügung zu stellen, die die vorgenannten Nachteile der bestehenden Produkte nicht oder in deutlich geringerem Umfang aufweist und die Vorteile des in EP 495349 beschriebenen "slow release" Verhaltens zeigt also eine verstärkte Freisetzung nach > 6 h (∼ Verweilzeit im Pansen).
Eine Möglichkeit die gestellte Aufgabe zu lösen besteht prinzipiell in der Beschichtung von deutlich kleineren Partikeln. Diese Möglichkeit hat jedoch zum einen den Nachteil des Mehrverbrauchs an oft relativ teuren Beschichtungsmitteln. Zum anderen ist ein Mehrschichtenauftrag mit zusätzlichen Komponenten (Füllstoffen), die das spätere Auflösen der Schutzhülle an der gewünschte Stelle ermöglichen, wie es bei den in EP 0 495 349 beschriebenen Produkten notwendig ist, bei sehr kleinen Partikeln kaum realisierbar (siehe EP 0 614 615, Vergleichsbeispiele 1-6).
Aufgabe dieser Erfindung ist es ist daher, eine geschützte Wirkstoffzubereitung auf Basis von Aminosäuren, insbesondere von Methionin oder dessen Salzen, mit einem Partikeldurchmesser von kleiner als 1000 µm bereitzustellen. Darüber hinaus sollte eine pansengeschützte Wirkstoffzubereitung mit einer Schutzhülle und im Einschichtauftrag beschichtet sein, so dass analoge Pansenschutzraten verglichen mit den Produkten z. B. aus EP 0 495 349 und einem darüber hinaus verbesserten Verteilungsverhalten im Mischfutter erhalten werden.
Diese pansengeschützte Wirkstoffzubereitung auf Basis von Aminosäuren sollte die Anforderung erfüllen unter den Bedingungen des anschließenden Labmagens oder spätestens im Dünndarm vom Wiederkäuer verstärkt aufgenommen werden zu können.
Als Wirkstoffe werden beispielsweise Aminosäuren oder deren Salze, Vitamine, Pigmente oder Enzyme eingesetzt.
Zusätzlich soll die Zubereitung eine möglichst hohe mechanische Belastbarkeit aufweisen, so dass während typischer Vorgänge der Mischfutterherstellung wie Mischen, Fördern oder Pelletieren keine größeren Verluste an intakt geschützten Partikeln auftreten.
Dieses Anforderungsprofil sollte zudem möglichst nur mit Hilfe futtermittelrechtlich zugelassener Hilfsstoffe erreicht werden und die Wirkstoffzubereitung sich am Ende in einem Preisrahmen bewegen, der den der gegenwärtigen Marktprodukte nicht übersteigt. Diese Anforderungen sind im folgenden zusammengefasst:

- In-Vitro Freisetzung nach 6 Stunden:
entspricht der Schutzrate im Pansen, d. h. maximal 25% Freisetzung/Verdauung der biologisch aktiven Substanz im Pansen bei einem pH von 5,5-6,5, in ca. 6 Stunden (h) und in Gegenwart von Mikroben, Protozoen;
- In-Vitro Freisetzung nach 6-24 Stunden:
entspricht der Freisetzung im weiteren Verdauungstrakt nach mehr als 6 h bis 24 h Verweilzeit und sollte 35-65% der anfangs enthaltenen biologisch aktiven Substanz betragen,
- Die Wirkstoffe und Beschichtungsmaterialien sollen Bedingungen der Futterverarbeitung Mischen, Fördern und Pelletierung (ca. 80°C-100°C, Dampf, Druck, Scherkräfte) überstehen.

Das erfindungsgemäße Produkt erfüllt diese Bedingungen.
Es wurde weiterhin gefunden, dass die erfindungsgemäßen "slow-release" Wirkstoffzubereitungen auch widerstandsfähig gegen die Oxidationswirkung von Luft, die Einwirkungen von Wasser oder von Spurenelementen sind, z. B. bei der Lagerung in Substanz oder in einer Futtermischung. Außerdem können die erfindungsgemäßen Wirkstoffzubereitungen in anderen Anwendungen eingesetzt werden, in denen eine gesteuerte "slow-release" Freisetzung erwünscht ist, wie z. B. bei Vitaminen, Pigmenten oder Enzymen.
Weiterhin ist es Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung dieser geschützten Wirkstoffzubereitungen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Wirkstoffzubereitung dadurch gelöst, dass man den gewünschten Wirkstoff, insbesondere Methionin, in Form von Partikeln oder Kristallen mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm (1000 µm) ohne vorherigen Granulationsschritt direkt einsetzt oder Sprühgranulate mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm. Der Partikeldurchmesser ist der vor der Beschichtung. Die Form der zu verarbeitenden Partikel ist nicht besonders kritisch, es ist daher möglich, sowohl kommerziell verfügbare plättchenförmige Kristalle, als auch runde Kristalle einzusetzen. Es wurde gefunden, dass z. B. erfindungsgemäß beschichtete Methioninpartikel mit einem Durchmesser kleiner als 1 mm analoge Pansenschutzraten im Vergleich zu den in EP 0 495 349 (Vergleichsbeispiel 5) beschriebenen Produkten aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Wirkstoffzubereitungen bestehen im allgemeinen aus kleinen beschichteten Wirkstoffpartikeln im Korngrößenbereich von 100 bis 1000 µm, insbesondere von 200 bis kleiner als 800 µm, bevorzugt von 300 bis 700 µm, besonders bevorzugt von 400 bis 600 µm.
Die erfindungsgemäßen Wirkstoffzubereitungen sind mindestens mit einer Schutzhülle beschichtet. Die Schutzhülle kann aus einem einzigen Beschichtungsmaterial oder aus einer Zusammensetzung von Beschichtungsmaterialien bestehen. Schutzhüllen aus einem einzigen Beschichtungsmaterial sind in dieser Erfindung bevorzugt. Wirkstoffzubereitungen mit einer einzigen und im Einschichtauftrag erzeugten Schutzhülle sind besonders bevorzugt.
Geeignet für die Schutzhülle, sind Beschichtungen auf Basis von Filmbildner bestehend aus natürlich vorkommenden oder modifizierten natürlich vorkommenden Polymeren oder Homo- und Copolymeren, die nach üblichen bekannten Verfahren herstellbar sind. Solche geeigneten Polymere sind beispielsweise Cellulose-ester, -ether, acrylate, Poly(meth)acrylate, Polyamide, Polyester bzw. Copolymere aus z. B. Acrylnitril, Styrol, Ethylen, Propylen, Butadien, oder Estern und Amiden der Methacrylsäure oder Acrylsäure.
Ganz besonders geeignet ist eine Beschichtung auf Basis von Celluloseethern, vorzugsweise Ethylcellulose. Es ist besonders bevorzugt die Ethylcellulose gelöst in Ethanol zu verwenden, da so eine Beschichtung mit einem Anteil von 4 bis 30 Gewicht-Prozent (Gew.-%), bevorzugt 5-20 Gew.-% und besonders bevorzugt 9-15 Gew.-% Ethylcellulose, bezogen auf das Endprodukt erreicht werden kann.
Verschiedene Ethylcellulosetypen sind als erfindungsgemäßes Beschichtungsmittel einsetzbar. So konnten verschieden stark viskose Ethylcellulosetypen entsprechend verschiedenem Substitutionsgrad allesamt von der Firma Hercules (N10, N50, T50, X200) beispielhaft eingesetzt und dabei ähnlich vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden.
Die hier beispielhaft untersuchten Ethylcellulosetypen entsprechen verschiedenen Viskositätsklassen. Die Zahl entspricht der dynamischen Viskosität in mPa.s gemessen in einer 5% Lösung in Toluol/Ethanol 80 : 20 (m/m) bei 25°C.
Die erfindungsgemäßen Wirkstoffzubereitungen können in vorteilhafter Weise durch Wirbelschichtbeschichtung gegebenenfalls aber auch durch andere Verfahren der Mikroverkapselung wie z. B. Koazervation erzeugt werden.
Dabei konnte in nicht vorhersehbarer Weise auf die Verwendung von weiteren anorganischen oder organischen Hilfsstoffen wie z. B. Natriumaluminiumsilikat oder Na-Salz der Carboxymethylcellulose oder anderer in den oben genannten Patenten beschriebener Substanzen verzichtet werden, was zu einer deutlichen Vereinfachung des Verfahrens beziehungsweise der Wirkstoffzubereitungen und zur direkten Verwertbarkeit solcher Wirkstoffzubereitungen ohne vorgeschaltete, langwierige futtermittelrechtliche Zulassungsverfahren führt.
Es wurde gefunden, dass insbesondere Methioninkristalle ohne vorherigen Granulationsschritt direkt eingesetzt werden können. Dabei ist es möglich, sowohl plättchenförmige Kristalle als auch runde Kristalle üblicher Handelsqualität einzusetzen.
Die bevorzugte Korngröße der Wirkstoffzubereitung von 400-600 µm für die anschließende Beschichtung kann durch einfache Operationen wie Siebung, Windsichtung oder ein anderes Trennverfahren aus dem Stand der Technik erreicht werden, wobei es in der Regel ausreichend ist, einen einmaligen Trennvorgang wie z. B. eine Siebung über ein 400 µm Sieb durchzuführen, weil die kommerziell verfügbaren Methioninprodukte kaum Anteile über 600 µm aufweisen.
Zur Erzeugung runder Partikel, falls dieses gewünscht ist, können auch wahlweise Methioninpartikel mit der üblichen Plättchenform abgerundet bzw. granuliert werden mit oder ohne Anwesenheit weiterer Hilfsstoffe. Bei runden Partikeln ist der Verbrauch an Beschichtungsmittel am geringsten.
Eingesetzt werden können auch Sprühgranulate, hergestellt aus Methioninlösungen oder Methionin-Salzlösungen wie z. B. Na, K, Ca, Mg, Zn-Methionat in reiner oder gemischter Form, die herstellungsbedingt abgerundete Form aufweisen.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wirkstoffzubereitungen durch Wirbelschichtbeschichtung wird z. B. in einer Wirbelschichtapparatur beispielsweise DL- Methionin im Korngrößenbereich deutlich kleiner als 1000 µm vorgelegt und mit einem in einem organischen Lösungsmittel gelösten Beschichtungsmittel - bevorzugt Ethylcellulose - besprüht. Die Bedingungen werden so eingestellt, dass eine möglichst vollständige Umhüllung der Partikel bei minimaler Agglomeration erreicht wird.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Wirkstoffzubereitungen sowie die zu ihrer Charakterisierung verwendeten Testmethoden sind im folgenden beschrieben.

Beispiele 1-9 und Vergleichsbeispiele A und B

Bestimmung des Freisetzungsverhaltens

Pansenschutzrate [%] = Anteil des noch geschützten Methionins nach einer Inkubationszeit von 6 bis 24 h in einem Test-Medium (Wasser pH 5,5 oder Pufferlösung).

Freisetzungstest (in-vitro) für Wirkstoffzubereitungen mit pH-unabhängigem Freisetzungsverhalten

Wirkstoffzubereitung wird in entsalztem Wasser bei 37°C/pH 5,5 in einem Schüttelwasserbad geschüttelt - gewünschter Wert typisch für Produkt A (geschütztes Methionin, pelletförmig ca. 1,8.3,5 mm, analog zu Beisp. 11 aus EP 0 495 349)

- für 6 h (∼ Pansen) hoch ≥ 80%
- für 24 h (∼ Pansen und weiterer Verdauungstrakt) niedrig ca. ≤ 45%

Nach der jeweiligen Zeit im Schüttelwasserbad wurden die Lösungen abfiltriert, das aus den geschützten Wirkstoffzubereitungen freigesetzte Methionin im Filtrat quantitativ bestimmt(per Bromid/Bromat-Titration) und die Schutzrate nach folgender Formel berechnet:
Schutzrate [%] = 1 - freigesetztes Methionin%/Startmenge Methionin%).100
Die hier bevorzugte Verwendung von entsalzten Wasser anstelle der in EP 0 495 349 beschriebenen Puffergemischen führt zu äquivalenten Ergebnissen bei Untersuchungen an pH- unabhängigen "slow release" Systemen (Vergleichsbeispiel B).
Die so gemessenen in-vitro Schutzraten nach 6 h Inkubation korrelieren laut EP 0 495 349 tendenziell gut mit Ergebnissen von in-vivo Versuchen. Die in-vitro Schutzraten nach 24 h Inkubation hingegen sind nicht identisch mit den in lebenden Systemen zu bestimmenden Schutzraten bzw. korrespondierenden Freisetzungsraten. Wie EP 0 495 349 zeigt entsprechen in-vitro Schutzraten von 30-40% nach 24 h (entspricht Freisetzung von ca. 45-55%) guten in-vivo Bioverfügbarkeiten (= Methioninanteil im Blutplasma), so dass der 24 h-Laborwert hier als orientierende Größe zu sehen ist.

Bestimmung der Pelletierstabilitäten

Herstellung der Mischungen

Milchleistungsfutter ML 183 (Raiffeisen, Wiesbaden) wurde zusammen mit den entsprechenden Mengen an erfindungsgemäßen geschützter Methioninwirkstoffzubereitung in einem 50 L - Lödigemischer 4 min bei 100 rpm lang vermischt. Die fertigen Mischungen wurden zur Pelletierung eingesetzt.
Die Herstellung von Futter-Pellets wurde in einer Walther - Pressanlage EI 15 unter den in Tabelle I angegebenen Pelletierbedingungen durchgeführt. Diese wurde zunächst mit wirkstofffreiem Futter angefahren. Nach Erreichen eines konstanten Pressenlaufs wurden nacheinander die Mischungen mit verschiedenen Versuchsprodukten verpresst.
Die Pellets wurden langsam abgekühlt, der Feinanteil (Korngröße < 3 mm) abgesiebt und die fertigen Chargen abgepackt. TABELLE I PELLETIERBEDINGUNGEN
An den so hergestellten Futter-Pellets wurden die Schutzraten im Schüttelwasserbad wie oben beschrieben gemessen. Die Quantifizierung des freigesetzten Methionins erfolgte dabei per HPLC Chromatographie.

Herstellung der geschützten Methionin-Partikel

Die Versuche wurden in einer Laborwirbelschicht- Granulationsanlage durchgeführt. Als Ausgangsmaterial wurde pro Versuch je 1 kg gesiebtes Methionin (Kornbereich wie in der Tabelle II angegeben) in der Wirbelschichtapparatur vorgelegt. Verwendet wurden sowohl plättchenförmige Kristalle (Degussa AG) oder Kristalle mit runder Kornform (Sumitomo). Zur Beschichtung wurden verschiedene Ethylcellulosetypen von Hercules-Aqualon (Viskositätsklasse N10, N50, T50, X200 wie in der Tabelle II angegeben) eingesetzt. Ethylcellulose wurde als 5% ethanolische Lösung durch eine Düse von oben auf die darunter in der Wirbelschicht gehaltenen Methioninpartikel gesprüht.
Vergleichsbeispiele A und B wurden gemäß EP 0 495 349 mit 2 Schichten verschiedener Beschichtungsmaterialien beschichtet.
Stickstoff wurde als Trocknungs- und Zerstäubungsgas eingesetzt und die Anlage so im nicht explosionsfähigen Bereich gehalten. Folgende versuchstechnischen Einstellungen wurden angewandt:
Eingangstemperatur: 110°C
Schichttemperatur: 85-90°C
Ablufttemperatur: 77-80°C
Anströmvolumenstrom: 90 mN³/h
Zerstäubungsdruck: 3 bar
Der Verbrauch an Beschichtungsmittel wurde fortlaufend verfolgt und in regelmäßigen Zeitabständen aus der Wirbelschichtapparatur Zwischenproben entnommen. Sowohl an den Zwischenproben als auch an der Endprobe wurde der Methioningehalt bestimmt und ein Freisetzungstest zur Bestimmung der Schutzraten durchgeführt.
Auf diese Weise konnten die Schutzraten in Abhängigkeit vom Methioningehalt beziehungsweise vom dazu komplementären Anteil an Beschichtungsmaterial für jede Kombination von Methionin und Beschichtungsmaterial ermittelt werden. Alle diesbezüglichen Resultate sind in der Tabelle II aufgeführt.
Durch Pelletieren der erfindungsgemäßen Wirkstoffzubereitungen in Milchleistungsfutter und anschließender Wiederholung des Freisetzungstests wurde zusätzlich die Schutzrate nach Pelletierung als Maß für die Pelletierstabilität ermittelt (Tabelle II).
Wie aus Tabelle II leicht ersichtlich, wurden, beim Einsatz von gesiebtem plättchenförmigem Methionin mit einer Korngröße von 400-600 µm, bei ca. 17% Ethylcellulose- Auftrag, Schutzraten von 81% nach 6 h und 46% nach 24 h im Standardtest gefunden (Siehe Beisp. 5). Mit runden DL- Methionin-Kristallen wurden bereits mit 8,7% Ethylcellulose-Auftrag Pansenschutzraten von 79% nach 6 h und 52% nach 24 h gefunden (Siehe Beisp. 4).
In beiden Fällen waren die Schutzraten im Bereich der in EP 0 495 349 genannten Werte. Bei abgerundeten Kristallen wurden mit etwa der halben Auftragsmenge in etwa die gleichen Schutzraten wie im Fall der plättchenförmigen Kristalle erzielt.
Nach Pelletierung in Milchleistungsfutter konnten immerhin noch in-vitro Pansenschutzraten von bis zu 34% nach 6 h erhalten werden (Beisp. 5, 6), was eine deutliche Verbesserung gegenüber den Produkten aus EP 0 495 349 bedeutet, die aufgrund ihrer Größe weniger pelletierstabil sind (Schutzrate nach Pelletieren (6 h): 15%, Vergleichsbeispiel B). Geschützte Wirkstoffzubereitungen mit 100-300 µm Korngröße bei den eingesetzten Methioninpartikeln führten zu wiederum geringeren Schutzraten nach Pelletierung, was nahe legt, dass hier der optimale Bereich bereits wieder verlassen wird. (Beispiel 7 bzw. 8, Schutzrate nach Pelletieren (6 h): 8%)
Schutzraten nach 6 h von mindestens 60%, bevorzugt von über 70% insbesondere von über 80% und im Vergleich dazu entsprechend niedrigere Schutzraten nach 24 h, die um mindestens 30%, bevorzugt um mindestens 35% insbesondere aber um mehr als 40% unter denen nach 6 h liegen, haben sich gemäß der Offenbarung von EP 0 495 349 als Voraussetzung für die dort beschriebene Bioverfügbarkeit (Anstieg des Methionin-Blutplasmaspiegels) am Wiederkäuer erwiesen.
Grundsätzlich wird mit höherem Schichtauftrag ein höherer Schutzrate erzielt. Ein zu hoher Schutz bewirkt aber wiederum, dass dem Tier zu wenig der geschützten Aminosäure zur Verfügung steht. Aufgrund der Offenbarung in EP 0 495 349 war davon auszugehen, dass runde Partikel aufgrund ihrer gleichmäßigen Schichtdicke kein günstiges Freisetzungsverhalten hervorrufen. Entgegen der Erwartung wurde jedoch gefunden, dass kleine runde und auch plättchenförmige Partikel, mit einer Korngröße zwischen 100 µm und 1000 µm, die mit einem Einmalüberzug mit einer einfachen Schutzhülle insbesondere aus Ethylcellulose beschichtet werden, ein günstiges den Produkten aus EP 0 495 349 gleichwertiges Freisetzungsverhalten aufweisen, wie insbesondere der Vergleich der Beispiele 3, 4, 5, 6 mit Vergleichsbeispiel B zeigt.
Neben dem Freisetzungsverhalten und der mechanischen Stabilität ist es auch wichtig, dass Futtermischungen möglichst wenig Entmischungsneigung bei der Handhabung also möglichst geringe Rieselentmischung zeigen. Um Aufschluss über die Rieselentmischungseigenschaften der erfindungsgemäßen Wirkstoffzubereitungen im Vergleich zu den herkömmlichen Produkten zu erhalten, wurden diese in gängige Futter für Wiederkäuer eingemischt und ein Rieselentmischungstest durchgeführt. Dabei wurden die zunächst homogen gemischten Futtermischungen durch einen Auslauftrichter rieseln lassen und so unter standardisierten Bedingungen ein Schüttkegel erzeugt, in dem an verschiedenen definierten Stellen Proben zur Methionin-Gehaltsanalyse gezogen wurden. Dieser Rieselentmischungstest ist in Beispielen 10-25, sowie Vergleichsbeispielen C und D beschrieben.

Beispiele 10 bis 17, Vergleichsbeispiele C-F

Bestimmung der Entmischungsneigungen

Es wurden Mischungen der erfindungsgemäßen Wirkstoffzubereitungen mit gängigen Futtermitteln hergestellt. Dazu wurden sowohl handelsübliche Mineralfutter wie Blattin (Höveler) und Spur-a-min (Höveler) als auch organische Futter wie Sojaschrot (Raiffeisen) und Milchleistungsfutter (Raiffeisen) mit erfindungsgemäßen geschützten Methioninwirkstoffzubereitungen wie in der Tabelle III angegeben vermischt und in einem Taumelmischer eine gleichmäßige Mischung erzeugt. Die Korngrößenverteilungen der eingesetzten Futtertypen ist in Tabelle IV angegeben.
Die so erzeugten Mischungen wurden im folgenden Test auf ihre Rieselentmischungsneigungen hin untersucht. Dazu wurden die Mischungen jeweils in einen Glastrichter überführt und aus einer Fallhöhe von 10 cm auf eine ebene Unterlage auslaufen lassen. Die Maße des Trichters waren:
Durchmesser 100 mm, Konushöhe 90 mm, Durchmesser des Auslaufs 7 mm, Auslauflänge 90 mm, Fallhöhe ab Auslauf 100 mm.
Der jeweils entstandene Kegel wurde in 3 gleich hohe Schichten aufgeteilt, die jeweils erzeugte Schicht vermahlen (< 250 µm) und der Methionin-Gehalt in jeder Schicht per HPLC Chromatographie bestimmt. Aus den 3 Methioningehalten der 3 Schichten wurde der Variationskoeffizient als Maß für die Rieselentmischung bestimmt. Je größer die jeweils festgestellten Variationskoeffizienten, desto größer ist die jeweilige Rieselentmischung. Je kleiner die Variationskoeffizienten, desto geringer ist die Rieselentmischung des jeweiligen Produkts aus der jeweiligen Futtermischung. Die Ergebnisse sind in der Tabelle V zusammengefasst.
Der Variationskoeffizient (VK) der Rieselentmischungsversuche wurde nach folgender Formel berechnet:
VK [%] = (Standardabweichung der Einzelmessungen/Mittelwert der Einzelmessungen).100

TABELLE IV KORNVERTEILUNG UND SCHÜTTDICHTE DER EINGESETZTEN FUTTERMITTEL

TABELLE V RIESELENTMISCHUNG VON GESCHÜTZTEN METHIONINWIRKSTOFFZUBEREITUNGEN

TABELLE V (Fortsetzung)
Je größer die Unterschiede bei den analysierten Gehalten innerhalb des Schüttkegels ist, desto größer ist die Rieselentmischung gewesen. Als Maß für die Rieselentmischung dient daher der Variationskoeffizient der Gehaltsbestimmung.
Der Vergleich der Beispiele 10 und 11 mit Vergleichsbeispiel C, bzw. Beispiele 12 und 13 mit Vergleichsbeispiel D, zeigt bei Mischungen der Mineralfutter Blattin und Spur-a-min mit den erfindungsgemäßen geschützten Wirkstoffzubereitungen deutlich niedrigere Variationskoeffizienten von 7-9% bzw. 28-38% im Vergleich zu herkömmlichen Produkten mit 60 bzw. 70%.
Bei Sojaextraktionsschrot als Trägermaterial wurden mit 38 -46% im Vergleich zu 31% noch vergleichbare VK-Werte gefunden (Beispiele 14 und 15 verglichen mit Vergleichsbeispiel E).
Bei Milchleistungsfutter lagen die VK-Werte der erfindungsgemäßen Wirkstoffzubereitungen mit 7-18% wiederum günstiger als bei den herkömmlichen Produkten mit 27% (Beispiele 16 und 17 verglichen mit Vergleichsbeispiel F).
Die deutlich geringere Rieselentmischung der erfindungsgemäßen Wirkstoffzubereitungen erhöht die Sicherheit, dass die gefütterten Tiere gleichmäßiger mit den betreffenden Futtereinsatzstoffen versorgt werden und trägt damit zu besseren Fütterungsergebnissen bei, was unter ökonomischen sowie unter ökologischen Gesichtspunkten von ausgesprochenem Vorteil ist.

Claims

1. Durch eine Beschichtung geschützte Wirkstoffzubereitung, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Wirkstoff eine Aminosäure oder deren Salze enthält, mit einer Schutzhülle versehen ist, einen Partikeldurchmesser von kleiner als 1000 µm, und ein verzögertes Freisetzungsverhalten aufweist.

2. Wirkstoffzubereitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die umhüllten Wirkstoffe in Form von Kristallen oder Granulaten vorliegen.

3. Wirkstoffzubereitung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie in plättchenförmigen Partikeln oder Kristallen, oder runden Kristallen vorliegen.

4. Wirkstoffzubereitung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Kristalle, Granulate, oder Sprühgranulaten von Methionin einsetzt.

5. Wirkstoffzubereitung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Kristalle, Granulate, oder Sprühgranulaten von futtermitteltauglichen Methioninsalzen wie Na, K, Ca, Mg, Zn-Methioninat in reiner oder gemischter Form einsetzt.

6. Wirkstoffzubereitung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle aus einem einzigen Beschichtungsmaterial besteht und im Einschichtauftrag beschichtet ist.

7. Beschichtete Methioninpartikel gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle aus einer Schicht aus Cellulose-ester, -ether, acrylate, Poly(meth)acrylate, Polyamide, Polyester bzw. Copolymere aus Acrylnitril, Styrol, Ethylen, Propylen, Butadien, oder Estern und Amiden der Methacrylsäure oder Acrylsäure besteht.

8. Beschichtete Methioninpartikel gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle aus Celluloseether besteht.

9. Beschichtete Methioninpartikel gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle aus Ethylcellulose besteht.

10. Beschichtete Methioninpartikel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Schutzhülle 4-30 Gew.-%, bezogen auf das Endprodukt, beträgt.

11. Beschichtete Methioninpartikel gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Schutzhülle 5-20 Gew.-%, bezogen auf das Endprodukt, beträgt.

12. Beschichtete Methioninpartikel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikeldurchmesser im Bereich zwischen 100 und 1000 µm liegen.

13. Beschichtete Methioninpartikel gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikeldurchmesser im Bereich zwischen 200 und 800 µm liegen.

14. Beschichtete Methioninpartikel gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikeldurchmesser zwischen 400 und 600 µm liegt.

15. Beschichtete Methioninpartikel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Schutzraten im in- vitro Freisetzungstest nach 6 h von 60-90%, und nach 6-24 h von 10-60% nach 24 h aufweisen.

16. Beschichtete Methioninpartikel gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie Schutzraten im in- vitro Freisetzungstest nach 6 h von 75-85%, und nach 6-24 h von 35-50% nach 24 h aufweisen.

17. Verfahren zur Herstellung von geschützten Wirkstoffen durch Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass man die Wirkstoffe mit einem Partikeldurchmesser von kleiner als 1000 µm mit einer Schutzhülle aus einem Beschichtungsmaterial aus Cellulose-ester, -ether, acrylate, Poly(meth)acrylate, Polyamide, Polyester bzw. Copolymere aus Acrylnitril, Styrol, Ethylen, Propylen, Butadien, oder Estern und Amiden der Methacrylsäure oder Acrylsäure durch Wirbelschichtbeschichtung oder Koazervation versieht, und Produkte mit einem Partikeldurchmesser von maximal 1000 µm erhält.

18. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Methioninpartikel in kristalliner oder granulierter Form vorliegen.

19. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass man Methionin in Form von plättchenförmigen Partikeln oder Kristallen, runden Kristallen, Granulaten, oder Sprühgranulaten von futtermitteltauglichen Methioninsalzen wie Na, K, Ca, Mg, Zn-Methioninat in reiner oder gemischter Form einsetzt.

20. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle aus einem einzigen Beschichtungsmaterial besteht und im Einschichtauftrag aufgetragen wird.

21. Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle aus Ethylcellulose besteht.

22. Verwendung von Wirkstoffzubereitungen gemäß Anspruch 1 zur Ernährung von Wiederkäuern.

23. Verwendung von Wirkstoffzubereitungen gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Futtermitteln für Wiederkäuer.