Die Stoffklasse der Carotinoide klassifiziert man in zwei Haupt- gruppen, die Carotine und die Xanthophylle. Im Unterschied zu den Carotinen, bei denen es sich um reine Polyen-Kohlenwasserstoffe handelt, wie beispielsweise ß-Carotin oder Lycopin, kommen in den Xanthophyllen noch Sauerstoff-Funktionen wie Hydroxy-, Epoxy- und/oder Oxogruppen vor. Typische Vertreter dieser Gruppe sind u. a. Astaxanthin, Lutein und Zeaxanthin.

Xanthophylle sind in der Natur weit verbreitet und kommen u. a. im Mais (Zeaxanthin), in grünen Bohnen (Lutein), in Paprika (Capsanthin), in Eidottern (Lutein) sowie in Krebsen und Lachsen (Astaxanthin) vor, wobei sie diesen Nahrungsmitteln ihre charak- teristische Färbung verleihen.

Diese sowohl technisch herstellbaren als auch aus natürlichen Quellen isolierbaren Polyene stellen für die Lebens-und Futter- mittelindustrie und für den pharmazeutischen Bereich wichtige Farbkörper dar und sind, wie im Falle von Astaxanthin, Wirkstoffe mit Provitamin-A Aktivität.

Alle Xanthophylle sind in Wasser unlöslich, während in Fetten und Ölen eine jedoch nur geringe Löslichkeit gefunden wird. Diese begrenzte Löslichkeit sowie die hohe Oxidationsempfindlichkeit stehen einer direkten Anwendung der relativ grobkörnigen bei der Synthese erhaltenen Produkte in der Einfärbung von Lebens-und Futtermitteln entgegen, da die Substanzen in grobkristalliner Form nur schlechte Färbungsergebnisse liefern. Diese für die praktische Verwendung der Xanthophylle nachteiligen Effekte wirken sich insbesondere im wäßrigen Medium aus.

Nur durch gezielt hergestellte Formulierungen, in denen die Wirk- stoffe in fein verteilter Form und gegebenenfalls durch Schutz- kolloide oxidationsgeschützt vorliegen, lassen sich bei der direkten Einfärbung von Lebensmitteln verbesserte Farbausbeuten erzielen. Außerdem führen diese in Futtermitteln verwendeten Formulierungen zu einer höheren Bioverfügbarkeit der Xanthophylle

und damit indirekt zu besseren Färbungseffekten z. B. bei der Eidotter-oder Fischpigmentierung.

Zur Verbesserung der Farbausbeuten und zur Erhöhung der Resor- bierbarkeit bzw. Bioverfügbarkeit sind verschiedene Verfahren beschrieben worden, die alle das Ziel haben, die Kristallitgröße der Wirkstoffe zu verkleinern und auf einen Teilchengrößenbereich von kleiner 10 jjm zu bringen.

Zahlreiche Methoden, u. a. beschrieben in Chimia 21,329 (1967), WO 91/06292 sowie in WO 94/19411, bedienen sich dabei der Ver- mahlung von Carotinoiden mittels einer Kolloidmühle und erzielen damit Partikelgrößen von 2 bis 10 Rm.

Daneben existieren eine Reihe von kombinierten Emulgier-/Sprüh- trocknungsverfahren, wie sie z. B. in DE-A-12 11 911 oder in EP-A-0 410 236 beschrieben sind.

Gemäß der europäischen Patentschrift EP-B-0 065 193 erfolgt die Herstellung von feinverteilten, pulverförmigen ß-Caroti- npräparaten dadurch, daß man ß-Carotin in einem flüchtigen, mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel bei Temperaturen zwischen 50°C und 200°C, gegebenenfalls unter erhöhtem Druck, innerhalb einer Zeit von weniger als 10 Sekunden löst. Aus der erhaltenen molekulardispersen Lösung wird das ß-Carotin durch sofortiges schnelles Mischen mit einer wäßrigen Lösung eines Schutzkolloids bei Temperaturen zwischen 0°C und 50°C ausgefällt.

Man erhält so ein kolloid-disperses ß-Carotin-Hydrosol mit orange-gelber Farbnuance. Anschließende Sprühtrocknung der Dispersion liefert ein freifließendes Trockenpulver, das sich in Wasser unter Bildung einer klaren, gelborange gefärbten Dispersion löst.

Bei den nach EP-B-0 065 193 hergestellten nanopartikulären Wirkstoffdispersionen von Xanthophyllen sind jedoch folgende Phänomene zu beobachten.

Die wäßrigen, Xanthophyll-haltigen Wirkstoffdispersionen sind häufig, insbesondere bei der Aufkonzentration, kolloidal instabil. Durch Ausflockungen der Wirkstoffpartikel, die dabei teilweise sedimentieren, teilweise aufrahmen, ist eine weitere Überführung der Dispersion in ein Trockenpulver nicht mehr möglich.

Bei Xanthophyllen mit Carbonyl-Funktionen kann außerdem die als alleiniges Schutzkolloid eingesetzte Gelatine vernetzen, so daß ein Gel entsteht, das nicht mehr redispergierbar ist und das

ebenfalls nicht weiter in ein Trockenpulver überführt werden kann.

Somit können die hohen Anforderungen an Xanthophyll-haltigen Formulierungen bezüglich Farbwirkung und Bioverfügbarkeit auf- grund der geschilderten Problematik mit dem o. g. Verfahren nicht immer erfüllt werden.

Wie in WO 98/26008 beschrieben, läßt sich durch Verwendung eines Gemisches aus niedermolekularen und hochmolekularen Schutz- kolloiden die Redispergierbarkeit der Xanthophyll-haltigen Trockenpulver verbessern.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen, wässrigen Dispersion von Xanthophyllen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Astaxanthin, Lutein und Zeaxanthin vor- zuschlagen. Ferner sollten stabile, pulverförmige Zubereitungen der o. g. Xanthophylle zur Verfügung gestellt werden, mit denen eine gute Farbwirkung und zudem eine hohe Bioverfügbarkeit er- zielt werden können.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung einer stabilen, wäßrigen Dispersion oder eines stabilen wasserdispergierbaren Trockenpulvers von Xanthophyllen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Astaxanthin, Lutein und Zeaxanthin durch a) Lösen eines oder mehrerer der Xanthophylle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Astaxanthin, Lutein und Zeaxanthin, in einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel oder einer Mischung aus Wasser und einem mit Wasser misch- baren, organischen Lösungsmittel bei Temperaturen größer 30°C, b) Mischen dieser Lösung mit einer wäßrigen Lösung eines Schutz- kolloids, wobei die Lösungsmittelkomponente in die wäßrige Phase überführt wird und die hydrophobe Phase des Xantho- phylls als nanodisperse Phase entsteht c) und gegebenenfalls Überführung der gebildeten Dispersion in ein wasserdispergierbares Trockenpulvers durch Abtrennung des Lösungsmittels und des Wassers und Trocknung, gegebenenfalls in Gegenwart eines Überzugsmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schutzkolloid im Verfahrens- schritt b) Casein oder ein Caseinat verwendet.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Zubereitungen erfolgt in der Regel so, daß man mindestens eines der o. g. Xanthophylle, gegebenenfalls zusammen mit einem eßbaren Öl, in einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel bei Temperaturen größer 30°C, vorzugsweise zwischen 50°C und 240°C, insbesondere 100°C bis 200°C, besonders bevorzugt 140°C bis 180°C, gegebenenfalls unter Druck, löst.

Da die Einwirkung hoher Temperaturen den gewünschten hohen all- trans Isomerenanteil herabsetzen kann, löst man das/die Xantho- phyll (e) möglichst rasch, beispielsweise im Sekundenbereich, z. B. in 0,1 bis 10 Sekunden, besonders bevorzugt in weniger als 1 Sekunde. Zur raschen Herstellung der molekulardispersen Lösung kann die Anwendung von erhöhtem Druck, z. B. im Bereich von 20 bar bis 80 bar, vorzugsweise 30 bis 60 bar, vorteilhaft sein.

Die so erhaltene molekulardisperse Lösung versetzt man unmittel- bar anschließend mit der gegebenenfalls gekühlten wäßrigen Lösung des Caseins oder Caseinats bevorzugt in der Weise, daß sich eine Mischungstemperatur von etwa 35°C bis 80°C einstellt.

Dabei wird die Lösungsmittelkomponente in die wäßrige Phase über- führt und die hydrophobe Phase des/der Xanthophyll (e) entsteht als nanodisperse Phase.

Hinsichtlich einer näheren Verfahrens-und Apparatebeschreibung wird an dieser Stelle ausdrücklich auf EP-B-0 065 193 Bezug genommen.

Als Schutzkolloide werden nieder-und/oder hochmolekulares Kasein oder Caseinat oder Mischungen davon verwendet. Bevorzugt ver- wendet man Na-Caseinat mit einem Molekulargewicht von 10000 bis 100000, besonders bevorzugt mit einem MW von 20000 bis 60000, beispielsweise Na-Caseinat der Fa. Lacto Bretagne Associes S. A.

(Frankreich) mit einem MW von ca. 38000.

Einzelheiten zum eingesetzten Casein/Caseinat finden sich u. a. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition, 1998 Electronic Release, Chapter 11.1., Wiley-VCH, Weinheim, Germany sowie in CD Römpp Chemie Lexikon-Version 1.0, Stuttgart/New York : Georg Thieme Verlag 1995 und der darin zitierten Literatur.

Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des Endproduktes ist es zweckmäßig, dem Kolloid einen Weichmacher zuzusetzen, wie Zucker oder Zuckeralkohole, z. B. Saccharose, Glucose, Lactose, Invert- zucker, Sorbit, Mannit oder Glycerin.

Das Verhältnis Schutzkolloid und Weichmacher zu Xanthophyll- Lösung wird im allgemeinen so gewählt, daß ein Endprodukt erhalten wird, das zwischen 0,5 und 30 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 23 Gew.-% Xanthophyll, 10 bis 70 Gew.-% eines Schutzkolloids, 10 bis 70 Gew.-% eines Weichmachers, alle Prozentangaben bezogen auf die Trockenmasse des Pulvers, sowie gegebenenfalls geringe Mengen eines Stabili- sators enthält.

Die Xanthophylle, die bei der Durchführung der Erfindung einge- setzt werden können, sind die bekannten, natürlichen oder syn- thetischen zugänglichen Verbindungen Astaxanthin, Lutein una/oder Zeaxanthin. Als bevorzugt eingesetztes Xanthophyll für das er- findungsgemäße Verfahren ist Astaxanthin zu nennen.

Zur Erhöhung der Stabilität des Wirkstoffes gegen oxidativen Ab- bau ist es vorteilhaft, Stabilisatoren wie a-Tocopherol, t-Butyl- hydroxy-toluol, t-Butylhydroxyanisol, Ascorbinsäure oder Ethoxy- quin zuzusetzen. Sie können entweder der wäßrigen oder der Lösungsmittel-Phase zugesetzt werden, vorzugsweise werden sie jedoch gemeinsam mit den Xanthophyllen in der Lösungsmittel-Phase gelöst.

Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, zusätzlich in der Lösungsmittel-Phase ein physiologisch zugelassenes Öl wie bei- spielsweise Sesamöl, Maiskeimöl, Baumwollsaatöl, Sojabohnenöl oder Erdnußöl sowie Ester mittelkettiger pflanzlicher Fettsäuren in einer Konzentration von 0 bis 500 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 300 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das/die Xanthophyll (e), zu lösen, das dann gemeinsam mit den Wirkstoffen und den genannten Zusatzstoffen beim Mischen mit der wäßrigen Phase extrem feinteilig ausgefällt wird.

Überraschenderweise kann bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Casein oder Caseinat als Schutzkolloid auf den Einsatz zusätz- licher Emulgatoren, wie z. B. Ascorbylpalmitat verzichtet werden.

Darüberhinaus wurde gefunden, daß man kolloidal stabile und nicht vernetzende nanopartikuläre Wirkstoffdispersionen von Xantho- phyllen erhält, deren Viskositätsverhalten annähernd denen von Newtonschen Flüssigkeiten entspricht. Derartige Flüssigkeiten zeichnen sich dadurch aus, daß deren durch die Newtonsche Glei- chung T = h-D definierter Fließwiderstand bei gegebener Temperatur eine Stoffkonstante ist (T = Schubspannung, D = Schergefälle, h = dynamische Viskosität). Die graphische Darstellung des Fließver- haltens newtonscher Flüssigkeiten ergibt bei gegebener Temperatur annähernd eine Gerade. Insbesondere ändert sich die Viskosität

der Wirkstoffdispersion bei 40°C und bei 60°C im Scherbereich zwischen 10-2 sec-1 und 10+2 sec-1 um weniger als 50 %.

Die Vorteile dieses annähernd newtonschen Viskositätsverhaltens liegen u. a. darin, daß sich die Wirkstoffdispersionen, insbeson- dere nach der Aufkonzentrierung leichter Pumpen lassen, als dies bei strukturviskosen Dispersionen der Fall ist. Beim Sprühtrock- nen haben die annähernd newtonschen Wirkstoffdispersionen außer- dem den Vorteil, daß sich die Parameter des Sprühkopfes leichter optimieren lassen und daß sich diese Dispersionen im Sprühkopf unkritischer verhalten.

Ferner konnte beobachtet werden, daß mit dem Verfahren die Zusammenlagerung der Xanthophylle zu H-Aggregaten vermieden wird.

Die Aggregation von Carotinoiden ist ein in der Literatur bereits bekanntes und in zahlreichen Publikationen beschriebenes Phänomen [P. Song, T. A. Moore, Photochemistry and Photobiology, 19, 435-441 (1974) ; A. V. Ruban, P. Horton, A. J. Young, J. Photo- chem. Photobiol. B : Biol., 21,229-234 (1993) ; V. R. Salares, N. M. Young, P. R. Carey, H. J. Bernstein, Journal of Raman Spectroscopy, 6 (6), 282-288 (1977)].

Carotinoid-Aggregate können beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß man eine Lösung eines Carotinoids in einem wasser- mischbaren, organischen Lösungsmittel wie z. B. Isopropanol, Ethanol, Aceton oder Tetrahydrofuran mit Wasser vermischt.

So können, wie in der oben genannten Literatur beschrieben, bei Wahl der richtigen Mengenverhältnisse von Wasser und organischem Lösungsmittel entweder sogenannte H-oder J-Aggregate erzeugt werden.

Unter H-Aggregaten versteht man eine kartenspielähnlichett Stapelung der Polyenketten (card-stack aggregate), die sich im UV/Vis-Spektrum durch das Auftreten einer neuen, im Vergleich zur Absorption der monomer vorliegenden Formen hypsochrom ver- schobenen Bande im Bereich zwischen 320 und 400 nm charakteri- sieren läßt. J-Aggregate dagegen stellen entweder eine lineare Kopf-Schwanz Verknüpfung (head-tail aggregates) der Polyene dar oder sie sind fischgrätenartig angeordnet (herringbone aggre- gates). Beide Anordnungen bewirken eine bathochrome Verschiebung der W-Absorption der Polyene.

Fütterungsversuche an Forellen haben gezeigt, daß H-Aggregate von Xanthophyllen, insbesondere die H-Aggregate von Astaxanthin eine schlechtere Bioverfügbarkeit aufweisen als die entsprechenden

J-Aggregate, was sich als ein weiterer Vorteil der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dispersionen bzw.

Trockenpulver darstellt.

Je nach Menge des verwendeten Caseins oder Caseinats erhält man eine tiefgefarbte viskose Flüssigkeit. Die Entfernung des Lösungsmittels kann beispielsweise durch Extraktion mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel oder, je nach Siedepunkt in an sich bekannter Weise, z. B. durch Destillation, gegebenenfalls unter vermindertem Druck, erfolgen. In diesem Fall hat es sich als zweckmäßig und möglich erwiesen, das bei Verwendung von Isopropanol erhaltene Azeotrop ohne Wasserentfernung unmittelbar als Lösungsmittel einzusetzen. Vorzugsweise erfolgt die Lösungs- mittelabtrennung jedoch gemeinsam mit der Entfernung des Wassers durch Sprühtrocknung oder Sprühgranulation.

Die Erfindung betrifft somit auch stabile, wäßrige Dispersionen sowie stabile wasserdispergierbare Trockenpulver von Xantho- phyllen, aus der Gruppe, bestehend aus Astaxanthin, Lutein und Zeaxanthin, die nach dem oben beschriebenen Verfahren erhältlich sind.

Man erhält ein stabiles Trockenpulver, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es von einem Casein, Caseinat oder Mischungen davon als Schutzkolloid umhüllt ist. Dieses Trockenpulver kann erneut in Wasser unter Erzielung einer gleichmäßigen Feinverteilung des Wirkstoffes im Korngrößenbereich kleiner 1 gm gelöst werden. Im photochemischen Stabilitätstest erweist sich das so erhaltene Wirkstoff-Hydrosol trotz der Feinverteilung als außerordentlich stabil.

Sowohl in der wäßrigen Xanthophyll-Dispersion, als auch im daraus hergestellten Trockenpulver weist der enthaltene Wirkstoff einen, anhand von Röntgenbeugungsdiagrammen ermittelten, amorphen Anteil zwischen 70 und 100 %, bevorzugt zwischen 90 und 100 % auf.

Ferner beträgt der all-trans Isomerengehalt der Xanthophylle mindestens 50 %, bevorzugt 70 %.

Die erfindungsgemäßen Zubereitungen eignen sich hervorragend als Lebens-und Futtermittelfarbstoff sowie als Zusatz zu Pharma- zeutika. Typische Einsatzgebiete im Futtermittelbereich sind beispielsweise die Fischpigmentierung in der Aquakultur sowie die Eidotter-und Broilerhautpigmentierung in der Geflügelzucht.

In dem nachfolgenden Beispiel wird die Durchführung des er- findungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Beispiel 1 In einer beheizbaren Vorlage wurden bei einer Temperatur von 30 C 40 g Astaxanthin in 294 g Isopropanol/Wasser (88/12, w/w) suspendiert. Diese Suspension wurde in einer Mischkammer bei einer Mischungstemperatur von 170'C mit 536 g Isopropanol/Wasser (88/12, w/w) bei einer Verweilzeit von 0,2 Sekunden gemischt.

Nach der genannten Verweilzeit trat die entstandene molekular- disperse Astaxanthin-Lösung unmittelbar anschließend in eine weitere Mischkammer ein, in der unter einem Mischungswinkel von 90° über eine Hochdruckpumpe 10,4 kg einer auf pH 9 eingestellten, wäßrigen Na-Caseinatlösung, die neben 108 g Caseinat 36 g Saccharose enthielt, zugemischt wurden, wobei das Astaxanthin in kolloiddisperser Form mit einer mittleren Teilchengröße von 144 nm bei einer Temperatur von 45°C ausfiel.

Anschließend wurde die Dispersion aufkonzentriert und in an sich bekannter Weise in ein freifließendes 22% iges Asta- xanthin-Trockenpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 129 nm überführt. Das Trockenpulver löste sich in Wasser wiederum unter Bildung einer klaren, rot gefärbten Dispersion, wobei die Farbstärke der Re-Dispersion lediglich um ca. 10 %, bezogen auf die ursprüngliche Dispersion, abnahm.