DE69925463T2

DE69925463T2 - Verfahren zur reinigung und wiederverwendung von abfallgelantine

Info

Publication number: DE69925463T2
Application number: DE69925463T
Authority: DE
Inventors: William Schmidt
Original assignee: A B Technologies LLC
Current assignee: A B Technologies LLC
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2019-03-02
Also published as: EP1060005A4; EP1060005A1; DK1060005T3; EP1060005B1; WO1999044727A9; WO1999044727A1; DE69925463D1; ES2244180T3; AU2977099A; ATE296156T1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von Gelatineabfällen und ihren Derivaten und insbesondere ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von Gelatineabfällen und Ihren Derivaten, die aus industriellen Verkapselungsverfahren stammen.
Hintergrund der Erfindung
Gelatine und Gelatinederivate werden verwendet, um die Produkte verschiedener Gewerbe zu verkapseln. Beispiele sind im US-Patent Nr. 5,074,102 (Simpson et al.) beschrieben und umfassen die Verkapselung medizinischer Substanzen wie Arzneistoffe und Vitamine; die Anwendung der Gelatineverkapselung zur Verpackung von Nahrungsmitteln, z.B. gemahlenem sofort löslichem Kaffee oder Gewürzen; bei der Süßwarenherstellung; bei der Düngung von Zierpflanzen und/oder Zimmerpflanzen; bei der Verpackung empfindlichen Saatguts zusammen mit Schutzstoffen und/oder Dünger; und bei der Verpackung von einzelnen Farbstoffen oder Gemischen verschiedener Arzneistoffe.
Bei jedem der oben genannten Herstellungs- und Produktionsverfahren geht ein gewisser Anteil des Verkapselungsmaterials als Abfall verloren. Oftmals erreicht dieser Anteil, in Abhängigkeit von der verwendeten Produktionsanlage, 50 % oder mehr des gesamten Ausgangsmaterials. Wenn man bedenkt, dass die durchschnittlichen Kosten des Verkapselungsmaterials in den Vereinigten Staaten im September 1997 bei etwa 3,10 US-$ pro Pfund (6,82 US-$ pro kg) liegen, wird es klar, dass die wirtschaftlichen Folgen solcher Verschwendung erheblich sein können. Konsequenterweise haben Hersteller versucht, die niedrige Herstellungseffizienz durch Wiederaufbereitung des Abfallmaterials für Wiederverwendung auszugleichen. Solche Versuche haben jedoch bislang noch keine großen Erfolge gezeigt.
Die bekannten Methoden zur Wiederaufbereitung und Reinigung von Gelatine weisen eine Reihe von Nachteilen auf, die nachfolgend detailliert beschrieben werden. Bevor diese Nachteile vollständig gewürdigt werden können, sollte man die Zusammensetzung des Verkapselungsabfalls an sich genauer kennen. Im Allgemeinen bestehen die Abfälle der Verkapselungsverfahren aus einer unterschiedlichen Anzahl von Stoffen, die einer Gelatinegrundlage zugesetzt sind. Zu ihnen gehören Lösungsmittel (üblicherweise Wasser); Weichmacher und Schmiermittel (wenn gewünscht); und Verunreinigungen in Form von Rückständen wirksamer Bestandteile, d.h. der zu verkapselnden Substanz. Weiterhin können auch Farbstoffe und Konservierungsstoffe zugegen sein. Daran erkennt man, dass eine erfolgreiche Wiederaufbereitung nicht nur die Abtrennung von begleitenden Ölen umfasst, sondern auch die Entfernung der übrigen Abfallbestandteile, um ein relativ reines, wiederverwendbares Produkt zu erhalten.
Die Extraktion ist bislang die wichtigste Methode für die Entfernung öliger Bestandteile, aktiver Inhaltsstoffe und dergleichen in der pharmazeutischen Industrie. Zwar sind im Stand der Technik beim Bemühen, eine Trennung zu erreichen, verschiedene Lösungsmittel verwendet worden, jedoch weist jedes mehrere Unzulänglichkeiten auf, nicht zuletzt die Notwendigkeit, am Schluss einen noch weiteren Inhaltsstoff, d.h. das Lösungsmittel selbst, aus den wiederaufbereiteten Materialien zu entfernen. Gegenwärtig sind die beliebtesten und am weitesten verwendeten Lösungsmittel für die Trennung von Gelatine von öligen und aktiven Bestandteilen chlorierte Lösungsmittel, wie z.B. 1,1,1-Trichlorethan mit Naphtha. Die Verwendung chlorierter Lösungsmittel geht jedoch mit hohen Kosten, Entsorgungsproblemen und, am wichtigsten, Umweltproblemen, einher. Es wurde versucht, andere Lösungsmittel zu verwenden, darunter Isopropylalkohol, Methylisobutylketon, Toluol, Hexan, Heptan, Aceton und Aceton-Wasser-Gemische, aber die Ausbeuten sind ungenügend und/oder die Trennung ist schlecht. Außerdem sind einige dieser Chemikalien relativ teuer und/oder führen zu ähnlichen Problemen bezüglich Umweltverträglichkeit, Entsorgung und Sicherheit, wie die chlorierten Lösungsmittel. Mit keinem von ihnen wurden bislang ölige und aktive Bestandteile mit hoher Effizienz abgetrennt.
Das US-Patent Nr. 5,288,408 (Schmidt et al.) beschreibt ein Verfahren zur Wiederaufbereitung gelatinebasierter Verkapselungsmaterialabfälle und insbesondere ein Verfahren für die Rückgewinnung und Reinigung von Gelatine und erweichenden Substanzen daraus. In der bevorzugten Ausführungsform wird dem Abfallmaterial entionisiertes Wasser zugefügt, wodurch sich eine wässrige Lösung von Gelatine und Glycerin bildet, die zwischen den übrigen öligen Bestandteilen und Resten aktiver Inhaltsstoffe des Abfallmaterials verteilt ist. Extraktionsverfahren werden unter bestimmten Bedingungen verwendet, um eine Trennung der unteren, wässrigen Phase von der oberen, nichtwässrigen Phase zu erreichen. Die untere, wässrige Phase wird heißfiltriert, um alle zurückbleibenden Spuren öliger Substanzen oder anderer Verunreinigungen zu entfernen, und das Filtrat wird dann einem Behälter zum Einengen zugeführt, der für eine Vakuumdestillation eingerichtet ist. Das als Lösungsmittel dienende Wasser wird hierbei unter besonderen Wärme- und Druckverhältnissen entfernt, bis die gewünschte Konzentration an Gelatine und Glycerin erreicht ist. Eine relativ reine, konzentrierte, wässrige Gelatine-Glycerin-Lösung wird erhalten, die gelagert oder für sofortige Wiederverwendung weiterbearbeitet werden kann. Obwohl dieses Verfahren zusätzlichen chemischen Reaktionen und Bearbeitungsschritten für die Entfernung von Farbstoffen und aktiven Inhaltsstoffen zugänglich ist, werden solche Farbstoffe, aktive Inhaltsstoffe und Glycerin nicht in situ entfernt.
Wünschenswert wäre daher die Bereitstellung eines Verfahren zur Aufbereitung von gelatinebasiertem Verkapselungsmaterial, das Farbstoffe und aktive Inhaltsstoffe in situ entfernt, ohne dass zusätzliche Bearbeitungsschritte benötigt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Allgemein wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Reinigung und Wiederaufbereitung von Gelatineabfällen, aktiven Inhaltsstoffen und Glycerin, die bei der Herstellung von Weichgelatinekapseln anfallen, beschrieben. Im breitesten Aspekt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte: Auflösung der Gelatine, der aktiven Inhaltsstoffe, des Glycerins und der anderen wasserlöslichen Bestandteile des Abfalls in einem Lösungsmittel, so dass eine gelatinehaltige Lösung entsteht, die zwischen den übrigen Anteilen des Abfalls dispergiert ist, Trennung der unteren, wässrigen Phase von der oberen, nichtwässrigen Phase, und Diafiltration der unteren, wässrigen Phase zur Entfernung der aktiven Inhaltsstoffe, des Glycerins und der anderen wasserlöslichen Bestandteile und zur Herstellung einer wenigstens im Wesentlichen gereinigten wässrigen Gelatinelösung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt man die gelatinehaltige Lösung, die zwischen den übrigen Bestandteilen der Lösung dispergiert ist, durch Absetzen in eine untere, wässrige Phase und eine obere, nichtwässrige Phase trennen. Die untere, wässrige Phase wird dann gegebenenfalls heißgefiltert, um Spuren der übrigen Inhaltsstoffe der oberen, nichtwässrigen Phase und/oder suspendierte Partikel, zum Beispiel als Kapselfarbstoff verwendetes Titandioxid, zu entfernen, dann wird die heißfiltrierte untere, wässrige Phase diafiltriert.
Wenn Farbstoffe und Pigmente in der Abfallgelatine eine Affinität für Gelatine aufweisen, kann es notwendig sein, entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, um vor dem Diafiltrationsschritt diese Affinität aufzuheben. Die Affinität kann z.B. durch Filtration über aktivierten Ton oder Aktivkohlekartuschen, durch Bildung einer Kohleaufschlämmung und anschließende Filtration zur Entfernung der Kohle, durch pH-Einstellung zur Aufhebung der Bindung des Farbstoffs an die Gelatine, anschließende direkte Diafiltration zur Entfernung der Farbstoffe und Rückstellung des pH-Wertes auf den normalen Arbeits-pH-Wert oder durch eine Kombination dieser Methoden beseitigt werden.
In einigen Fällen kann in der zurückgewonnenen Gelatine gelöste Luft enthalten sein. Die gelöste Luft kann durch einen Entgasungsschritt entfernt werden.
Die Erfindung umfasst demgemäß die verschiedenen Schritte und die Beziehung einzelner oder mehrerer dieser Schritte in Bezug auf die anderen, die in den nachfolgend beschriebenen Methoden dargestellt werden; der Schutzumfang der Erfindung ist in den Ansprüchen bezeichnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die folgenden Zeichnungen, in denen gleichartige Bezugszeichen gleichartige Teile bezeichnen, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und beschränken nicht die Erfindung, wie sie von den Ansprüchen begrenzt wird, die Teil der Anmeldung sind.
1 ist eine Schemazeichnung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wiedergewinnung und Reinigung der Gelatine;
2 ist eine Schemadarstellung einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückgewinnung und Reinigung von Gelatine; und
3 ist eine Schemadarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ähnlich 2, wobei ein getrennter, externer Entgasungsschritt verwendet wird, um gelöste Gase (z.B. Luft) aus der zurückgewonnenen Gelatine zu entfernen.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Gelatine ist ein von Kollagen abgeleitetes Protein, das im Allgemeinen durch das Kochen von Haut, weißem Bindegewebe und Tier- und Fischknochen und insbesondere durch die teilweise Hydrolyse von Kollagen erhalten wird. Als Kolloid hat es einzigartige physikalische Eigenschaften. Von besonderer Bedeutung für die vorliegende Erfindung sind ihre Neigung, in Lösung zu bleiben und ihre Fähigkeit, in Ölen Dispersionen zu bilden. In Abwesenheit einer ausreichenden Menge Lösungsmittel bleibt Gelatine bei normalen atmosphärischen Drücken und Temperaturen fest.
Weichmacher werden manchmal zugesetzt, um die Gelatine zu erweichen, wenn weiche runde Gelatinekapseln erwünscht sind. Stoffe wie Glycerin, Sorbitol oder ähnliche Polyole werden gewöhnlich verwendet, um diese Eigenschaften zu erreichen.
Das weiche, kapselbildende Gelatinematerial wird somit verwendet, um aktive Inhaltsstoffe in Form von Pulvern, Flüssigkeiten oder Kombinationen davon zu umschließen. Ölige Bestandteile wie z.B. Vitamin A, Vitamin E und Betakarotin werden in der pharmazeutischen, kosmetischen und Nahrungsmittelindustrie häufig verkapselt. Weiterhin können andere ölige Bestandteile wie Mineralöl oder mittelkettige Triglyceride (MCT's) verwendet werden, um während der Bearbeitung die äußere Oberfläche der Weichgelatinekapseln zu beschichten. Hieraus ist zu erkennen, dass der Abfall des Verkapselungsverfahrens viele Bestandteile haben kann (z.B. ölige Bestandteile), die entfernt werden müssen, bevor der Gelatineabfall für die Wiederverwendung als relativ reines Produkt verfügbar ist. In einigen Fällen können der zur Verkapselung dienenden Gelmasse auch Farbstoffe und Konservierungsmittel zugesetzt sein. Vielverwendete Konservierungsmittel umfassen Methylparaben, Propylparaben und Sorbinsäure.
Wie beschrieben, gehen bei den gegenwärtigen Verkapselungsverfahren bis zu 50 % oder mehr des Gelatineausgangsmaterials (d.h. Gelatinebandes) verloren, wovon der größte Teile entweder als unerwünschtes Nebenprodukt verworfen oder wieder aufbereitet wird. Die letztgenannte Möglichkeit erfordert es, alle der genannten Inhaltsstoffe zu entfernen. Die vorliegende Erfindung beschreibt eine neue und wirksame Methode, die Wiederaufbereitung zu erreichen, ohne den Nachteilen der Wiederaufbereitung ausgesetzt zu sein.
Bezug wird genommen auf 1, in der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Wiederaufbereitung und Reinigung von Gelatine veranschaulicht ist. Ein Lösungsmittel für Gelatine, z.B. entionsiertes Wasser, wird durch Leitung 2 einem Trenngefäß 4 zugeführt, das mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Heizmantel versehen ist und auf eine ausreichende Temperatur vorgewärmt ist, um die Gelatine in einem fließfähigen Zustand zu halten, z.B. etwa 30 bis 70 °C. Die wieder aufzubereitenden Abfälle werden dann durch Leitung 5, die aus rostfreiem Stahl oder ein mit Glas ausgekleideter Stahlaufbau sein kann und eine an die Chargengröße angepasste Größe hat, in das Trenngefäß 4 geleitet. Das Gefäß 4 kann auch mit herkömmlichen Rührmechanismen (nicht gezeigt) ausgestattet sein. Das zurückzugewinnende Abfallmaterial wird mit dem Lösungsmittel (z.B. entionisiertem Wasser) verdünnt, typischerweise etwa bei Atmosphärendruck und bis zu einer bevorzugten Konzentration von bis zu 25 Gew.-% Gelatine. Die Verdünnung erfolgt bevorzugt bei erhöhter Temperatur (z.B. etwa 30 bis 70 °C). Gleichzeitig kann gerührt werden, um Auflösung der Gelatine zu erreichen. Ein Weichmacher wie Glycerin kann in einem späteren Schritt des Verfahrens verwendet werden.
Auf diese Weise wird eine Gelatinelösung gebildet und unter den übrigen öligen Bestandteilen und restlichen Wirkstoff-Bestandteilen dispergiert. Die oben angeführte Gelatinekonzentration (bis zu etwa 25 Gew.-%) ist eine bevorzugte Konzentration, um eine schnelle und vollständige Abtrennung einer oberen, nichtwässrigen Schicht von einer unteren, lösungsmittelbasierten Schicht (z.B. wässrigen Schicht) zu erreichen. Die obere, nichtwässrige Schicht wird verworfen oder vom Gefäß 4 durch Leitung 6 zu einem aus dem Stand der Technik bekannten Wiederverwertungssystem 8 geführt. Wenn sie wiederaufbereitet wird, kann die nichtwässrige Phase in ölige Komponenten aufgetrennt werden (bei vitaminhaltigen Produkten), die durch Leitung 10 abgeleitet werden. Zu solchen Bestandteilen können Mineralöl, Knoblauchöl, Fischöl und Vitamin E gehören.
Die Trennung und Rückgewinnung der einzelnen öligen Komponenten im Wiederaufbereitungssystem 8 kann durch eine Vielzahl von Verfahren geschehen, die fraktionierte Destillation, Kurzwegdestillation, reverse Osmose und/oder überkritische Fluidextraktion umfassen, ohne auf die genannten beschränkt zu sein. Kurzwegdestillation ist ein bevorzugtes Verfahren.
Im Allgemeinen ist Destillation ein Verfahren, in dem eine Flüssigkeit verdampft wird, rekondensiert und in einer Vorlage aufgefangen wird. Die erhaltene Flüssigkeit (d.h. der aufgefangene Dampf) wird als Kondensat oder Destillat bezeichnet.
Destillation ist ein Verfahren zur Reinigung von Flüssigkeiten durch Auftrennung der Flüssigkeit in ihre Bestandteile. Sie basiert auf Unterschieden bei der Flüchtigkeit der Flüssigkeiten. Flüchtigkeit ist das Maß der relativen Leichtigkeit, mit der Moleküle einer Flüssigkeit (oder eines Feststoffes) sich von der Oberfläche lösen, um einen Dampf zu bilden. Der Dampfdruck einer Flüssigkeit korreliert mit der Leichtigkeit, mit der sich die Flüssigkeit verflüchtigt (d.h. eine relativ flüchtige Substanz übt bei Zimmertemperatur einen relativ hohen Dampfdruck aus). Je flüchtiger eine Substanz ist, desto höher ist ihr Dampfdruck und desto niedriger ist ihr Siedepunkt.
Die fraktionierte Destillation ist die Trennung und Aufreinigung einer oder mehrerer Flüssigkeiten in verschiedene Fraktionen durch Destillation. Es ist eine systematische Redestillation von Destillaten oder Fraktionen zunehmender Reinheit. Man verwendet eine Fraktionierkolonne, um im Prinzip mehrere, typischerweise eine große Zahl aufeinanderfolgender Destillationen durchzuführen, ohne die einzelnen Fraktionen auffangen und redestillieren zu müssen. Eine Fraktionierkolonne ist mit Glasperlen, Glasspiralen, Metallsieben oder keramischen Sattelkörpern gefüllt, um die Fraktionierung zu erreichen.
Eine Abfolge von Destillationen, die eine teilweise Verdampfung und Kondensation von Konzentraten umfassen, führt dazu, dass der flüchtigste Inhaltsstoff in der ersten Fraktion des Destillats erscheint, und die am wenigstens flüchtigste Komponente in der letzten Fraktion oder im flüssigen Rückstand. Der Dampf verlässt die Flüssigkeitsoberfläche und steigt durch die Kolonnenpackung empor. Der Dampf kondensiert auf den kühleren Oberflächen und wird redestilliert, typischerweise viele Male, bevor er in den Kondensator übergeht. Durch lange und wirksame Destillationskolonnen können zwei Flüssigkeiten zumindest im Wesentlichen vollständig voneinander getrennt werden.
Die Kurzwegdestillation ist ein alternatives Destillationsverfahren, das sich für die Destillation einer Substanz eignet, die mit keinem der üblichen Destillationsverfahren destilliert werden kann, weil (1) die Substanz viskos ist und kondensierte Dämpfe die Destillationskolonne oder den Kondensator verstopfen würden; und/oder (2) die Dämpfe der Substanz eine extrem hohe Kondensationsneigung besitzen.
Kurzwegdestillationen unterscheiden sich von anderen Destillationsmethoden dadurch, dass (1) ein kondensierter Dampf zur Vorlage bzw. zum Sammelgefäß fließt; (2) sehr niedriger Druck (Hochvakuum) im System begünstigt, dass verdampfte Moleküle die Kondensationsoberfläche erreichen, ohne mit anderen Molekülen zu kollidieren, die ihre vorzeitige Kondensation verursachen; (3) die Entfernung zwischen der Oberfläche der verdampfenden Flüssigkeit und der Kondensatoroberfläche sehr kurz ist; und (4) die Verweilzeit der Substanz unter erhöhter Temperatur sehr kurz ist, wodurch Hitzezersetzung verhindert wird.
Ein Kurzwegdestillationsapparat umfasst eine rotierende Blase. Das Material wird in die rotierende Blase eingefüllt und gleichmäßig und in dünner Schicht über eine beheizte Verdampfungsoberfläche verteilt. Die Substanz wird in sehr kurzer Zeit destilliert, und die Dämpfe kondensieren und fließen in ein Sammelgefäß. Der Druck kann bis hinunter zu 1 μm Quecksilbersäule betragen.
Die Kurzwegdestillation in diesem Sinne ist auch als molekulare Destillation, Wischfilmdestillation, Dünnfilmdestillation, Fallfilmdestillation und Steigfilmdestillation bekannt. Die reverse Osmose ist ein Verfahren, durch das gelöste Feststoffe oder mischbare Flüssigkeiten durch ein Druckgefälle über eine semipermeable Membran aus Wasser entfernt werden. Die semipermeable Membran lässt das Wasser hindurchfließen, hält aber andere Stoffe davon ab, die Membran zu durchqueren, wodurch die anderen Stoffe zurückbleiben.
Im Gefäß 4 beendet man das Rühren, sobald die Gelatine vollständig gelöst ist und lässt die gesamte Masse absetzen. Beispielsweise wurde für eine Chargengröße von etwa 150 kg beobachtet, dass etwa 1 bis 3 h für die Trennung erforderlich waren. Die Trennung der unteren, wässrigen, von der oberen, nichtwässrigen Phase im Gefäß 4 kann durch ein in Wiederaufbereitungssystem 8 eingebautes Schauglas erleichtert werden. Demgemäss werden Unterschiede zwischen den beiden Phasen visuell bestimmt, um eine genaue Trennung zu bewirken. Wie bereits beschrieben, wird die nicht wässrige Phase verworfen oder im Wiederaufbreitungssystem 8 weiterbearbeitet, während die untere, wässrige Phase, wie nachfolgend beschrieben, im Diafiltrationssystem behandelt wird.
Die Abnahme der unteren, wässrigen Schicht kann durch eine beheizte Transferleitung 14 erfolgen, wodurch ein Verfestigen der Lösung vermieden wird. Ein Temperaturbereich von beispielsweise etwa 30 °C bis 40 °C ist geeignet, um die untere, wässrige Schicht zu fördern. Wie bereits beschrieben, kann die obere, nicht wässrige Phase die öligen Inhaltsstoffe, öllöslichen Wirkstoffe, Farbstoffe und Konservierungsstoffe, die ihrerseits bestimmten aus dem Stand der Technik bekannten Aufbereitungsverfahren unterzogen werden können, enthalten. Da die vorliegende Erfindung eine wirksame Trennung der Gelatine von der nichtwässrigen Phase erlaubt, haben gleichzeitig auch die übrigen Bestandteile der oberen, nichtwässrigen Phase einen höheren Reinheitsgrad. Alternativ kann ein Schöpfer verwendet werden, um die obere, nichtwässrige Phase von der Oberfläche zu entfernen, wobei die untere, wässrige Phase für die weitere Bearbeitung zurückbleibt. Somit beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur effizienteren Wiedergewinnung aktiver Inhaltsstoffe. Dies ist besonders nützlich, wenn der Anteil des aktiven Inhaltsstoffes im Abfall relativ hoch und/oder teuer ist. Rückgewinnung und Reinigung der aktiven Inhaltsstoffe können zu erheblichen Kostenersparnissen führen.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird die wasserbasierte Schicht, die wie oben beschrieben erwärmt werden kann, über Leitung 14 zu dem Diafiltrationssystem 16, wie nachfolgend beschrieben, geleitet, um ein konzentriertes, wiederverwertbares Gelatineprodukt zu erhalten.
In der Ausführungsform gemäß 2 kann die wasserbasierte Schicht, die die zurückzugewinnende Gelatine enthält, zu einer Heißfiltratiansanordnung 18 geleitet werden. Die Heißfiltrationsanordnung 18 ist besonders wünschenswert, wenn die wasserbasierte Schicht Feststoffe enthält.
Insbesondere kann die untere, wässrige Schicht auf eine Temperatur wie etwa die oben beschriebene (d.h. von etwa 30 °C bis 70 °C) erwärmt und vorzugsweise in der Filtrationsanordnung 18 heißfiltriert werden, wenn Feststoffe vorliegen, um durch Leitung 20 alle zurückbleibenden Spuren von öligen Bestandteilen oder anderen Verunreinigungen zu entfernen. Als Filtrationsausrüstung eignen sich Plattenfilter oder beschichtete Plattenfilter wie beispielweise Sparkler-Filter. Bevorzugter Werkstoff ist Edelstahl. Alternativ können Nutschenfilter vom Rosenmund-Typ oder Kartuschenfilter zu diesem Zweck verwendet werden. Die Filtration kann auch durch Zentrifugation erfolgen. Auch hier kann der Rückstand gegebenenfalls durch weitere Trennung und Aufreinigung aufgefangen werden, auch wenn die an diesem Punkt beteiligten Mengen den Aufwand wahrscheinlich nicht lohnen.
Das Filtrat aus der fakultativen Heißfiltrationsanordnung 18, wie in 2 gezeigt, wird dann über Leitung 22 zu der Diafiltrationsanordung 16 geleitet, um restliche wasserlösliche aktive Inhaltsstoffe, Glycerin, Wasser und andere wasserlösliche Inhaltsstoffe wie Konservierungsstoffe und Farbstoffe zu entfernen und Gelatine in einer Form bereitzustellen, die von ausreichender Reinheit und Qualität ist, um eine Wiederverwendung zu erlauben.
Die Diafiltration ist eine Technik, die unter Verwendung von Ultrafiltrationsmembranen Moleküle verschiedener Größe in makromolekularen Lösungen entfernt oder fraktioniert. Eine Ultrafiltrationsmembran hält Makomoleküle, die größer als die nominale Molekulargewichtsgrenze (nominal molecular weight limit, NMWL) der Membran sind, zurück und lässt Moleküle, die wesentlich kleiner als die NMWL der Membran sind, ungehindert passieren. Von der Membran zurückgehaltene Makromoleküle werden aufkonzentriert, während die niedermolekularen Substanzen entfernt werden. Typischerweise müssen die Makromoleküle unter Verwendung mehrfacher Waschvolumina „gewaschen" werden, um Reste kleinerer Moleküle zu entfernen, daher der Name Diafiltration (d.h. Filtration unter Verwendung von Ultrafiltrationsmembranen und Waschung).
Für eine kontinuierliche Diafiltration wird ein Nachschub an Makromolekülen (z.B. Gelatine) durch Leitung 22 der Diafiltrationsanordnung 16 mit der gleichen Geschwindigkeit zugefügt, mit der das Filtrat entfernt wird. Dies wird auch als Diafiltration mit konstantem Volumen bezeichnet. Die Konzentration der Makromoleküle verändert sich während des Diafiltrationsprozesses nicht.
Die diskontinuierliche Diafiltration besteht darin, zuerst die Charge des Makromoleküls (z.B. Gelatine) auf ein vorbestimmtes Volumen einzuengen und dann die Probe mit frischem Lösungsmittel auf ihr ursprüngliches Volumen aufzufüllen. Dies wird wiederholt, bis die kleineren Moleküle entfernt sind.
Gemäß 1 und 2 kann die Diafiltration bewirkt werden, indem das System zuerst auf 50 bis 65 °C erwärmt wird, indem erhitztes entionisiertes Wasser typischerweise etwa 15 Minuten durch Leitung 24 zirkuliert wird. Der heiße, wässrige Zulaufstrom wird dann über die Leitung 16 durch die Anordnung 22 gepumpt und, wie nachfolgend beschrieben, bis zur gewünschten Gelatine/Wasser-Konzentration aufkonzentriert. Wenn die gewünschte Gelatine/Wasser-Konzentration erreicht ist, wird frisches, heißes (z.B. zwischen 50 und 65 °C), entionisiertes Wasser mit exakt der gleichen Geschwindigkeit, mit der der Austrag das System verlässt, in das System eingespeist; der Austrag besteht hierbei aus Wasser und allen wasserlöslichen Komponenten. Nach Entfernung der wasserlöslichen Komponenten wird die zurückbleibende Gelatine/Wasser-Lösung für die Gelatineverkapselung zurückgeführt.
Die Filter, die in dem Konzentrations-/Diafiltrations-Schritt verwendet werden können, sind bekannt und im Stand der Technik beschrieben. Solche Filter umfassen Screen Filter einschließlich Open Channel Filter und dergleichen. Die Auswahl eines geeigneten Filters für die Reinigung der Gelatine muss geeignet sein, Gelatine (typischerweise mit einem Molekulargewicht von etwa 30 kD bis etwa 50 kD) von kleineren Molekülen zu trennen.
Die zurückgewonnene wässrige Gelatinelösung wird auf eine Feststoffendkonzentration (Gelatine) von mindestens etwa 20 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-% bis 50 Gew.-% aufkonzentriert. Der konzentrierte Gelatinerückstand wird dann unter Verwendung von etwa 1 bis 20 Diafiltrationsvolumina Wasser, vorzugsweise zwischen etwa 3 und 10 Diafiltrationsvolumina Wasser, gereinigt, um eine wiederaufbereitete Gelatine zu liefern, die rein genug ist, um wiederverwendet werden zu können, und die Diafiltrationsanordung 16 über Leitung 26 verlässt. Ein Teil der gereinigten aufbereiteten Gelatine kann durch Leitung 28 in den Gelatine-Lösungsschritt zugeführt werden, um weiteren Verunreinigungen aus der Gelatine zu entfernen und dadurch ein noch reineres Produkt zu erhalten.
Verunreinigungen wie Farbstoffe, aktive Inhaltsstoffe, Wasser, Konservierungsstoffe und Glycerin können aus der Diafiltrationsanordnung durch Leitung 30 entfernt werden.
Die Rückgewinnung der vorstehend genannten Verunreinigungen, die durch die Leitung aus der Diafiltrationsanordnung 16 erhalten werden, kann im Wiederaufbereitungssystem 32 erfolgen. Dieses System kann auf Destillationssystemen, zu denen die fraktionierte Destillation und Kurzwegdestillation zählen, und reverser Osmose basieren, wie zuvor im Zusammenhang mit dem Aufbereitungssystem 8 beschrieben. Fraktionierte Destillation und reverse Osmose sind für die Aufbereitung des Stroms 30 bevorzugt, wobei reverse Osmose die am meisten bevorzugte Methode ist.
Der Prozessstrom 30 kann zusätzlich zu den oben genannten Verunreinigungen etwa 1 bis 10 Vol.-%, typischerweise etwa 3 bis 7 Vol.-%, Glycerin in Wasser enthalten. Der Prozessstrom 30 wird bei Temperaturen von etwa 0 °C bis etwa 30 °C, typischerweise etwa 5 °C bis 20 °C, behandelt. Der typische Rückgewinnungsgrad von Glycerin beträgt mindestens 65 Vol.-%, typischerweise etwa 65 bis 95 Vol.-%, besonders bevorzugt etwa 80 bis 95 Vol.-%.
In einigen Fällen haben Farbstoffe und Pigmente, die verwendet werden, um Gelatinekapseln zu färben, eine Affinität zu der Gelatine im Abfallstrom. Zur Rückgewinnung lediglich der Gelatine kann es daher erforderlich sein, Maßnahmen zum Unterdrücken dieser Affinität zu ergreifen, so dass die Farbstoffe entfernt werden können. Im Allgemeinen ist es notwendig, diese Maßnahmen im Anschluss an den Heißfiltrationsschritt und vor dem Konzentrations-/Diafiltrations-Schritt zu ergreifen.
Geeignete Methoden zur Unterdrückung der Affinität zwischen Farbstoffen und/oder Pigmenten und der Gelatine umfassen z.B, die Anwendung von aktiviertem Ton oder Filtration über Aktivkohlekartuschen; Bildung von Kohleaufschlämmungen und anschließende Filtration zur Entfernung der Kohle; pH-Einstellung zur Aufhebung der Bindung des Farbstoffs an die Gelatine, anschließende direkte Diafiltration zur Entfernung der Farbstoffe und Rückstellung des pH-Wertes auf den üblichen Arbeits-pH-Wert (z.B. von etwa 5 bis 7); oder eine Kombination dieser Verfahren.
Wenn eine Affinität zwischen den Farbstoffen und/oder Pigmenten existiert, kann die Diafiltration zum Erhalt wiederaufbereiteter Gelatine, durchgeführt werden, sobald die Affinität aufgehoben ist. Alternativ kann bei Anwendung hinreichender Diafiltrationsvolumina bereits die Diafiltration diese Farbstoffe und/oder Pigmente entfernen. Es versteht sich, dass das beschriebene Rückgewinnungssystem in eine herkömmliche Verkapselungsanlage eingebaut werden kann, um wiederholte oder kontinuierliche Rückgewinnung von Verkapselungsabfallmaterialien zu ermöglichen.
Eingeschlossene Luft kann im Herstellungsverfahren der Gelatinemasse für die Verkapselung in Weichgelatinekapseln ein Problem darstellen. In der Weichgelatinekapseln produzierenden Industrie ist es allgemein üblich, die Gelatinemasse mit dem ausdrücklichen Ziel, die Luft zu entfernen, in einem Zwischengeschoss oder im ersten Stockwerk, unter Vakuum herzustellen und dann die geschmolzene Gelatinemasse durch die Schwerkraft in die Verkapselungsmaschinen im Erdgeschoss einzuspeisen.
In Ermangelung einer Gebäudeanordnung, die eine Schwerkrafteinspeisung in die Verkapselungsmaschinen gestattet, kann die Gelatinemasse durch Luftdruck oder Pumpen befördert werden. Eine Pumpe muss so ausgewählt sein, dass möglichst wenig Luft in die Gelatinemasse eingeführt wird. Beispiele geeigneter Pumpen umfassen, aber sind nicht begrenzt auf peristaltische, Myono- und Sinus-Pumpen.
Der erfindungsgemäße Ultrafiltrationsprozess kann Fließgeschwindigkeiten von mehr als 200 I/min erzeugen. Auch wenn sorgfältige Planung und Konstruktion des Diafiltrationssystems das Eindringen von Luft aus externen Quellen minimieren oder beseitigen können, kann auf Grund der erzeugten Durchflussraten dennoch etwas Luft in die Gelatine eindringen. Die Luft kann in der zähflüssigen Gelatinemasse eingeschlossen oder gelöst sein. Unter diesen Umständen ist es wünschenswert, die Gelatine zu entgasen oder zumindest den größten Teil der Luft daraus zu entfernen.
In der analytischen Chemie sind typische Methoden zum Entfernen gelöster Luft aus Wasser und/oder organischen Lösungsmitteln, die als mobile Phase der Hochdruckflüssigchromatographie (HPLC) verwendet werden: 1) Durchleiten von Wasser und/oder organischen Lösungsmitteln durch einen 0,45 Mikrometer-Membranfilter und/oder 2) Durchströmen des Wassers und/oder der organischen Lösungsmittel mit einem inerten Gas wie Stickstoff und/oder 3) Behandlung des Wassers und/oder organischen Lösungsmittels mit Molekularsieben bis zur vollständigen Entgasung.
Es ist bekannt, dass Mikrofilter in einem Porengrößenbereich handelsüblich sind, ähnlich dem für die Entgasung der mobilen Phase für die HPLC-Analyse verwendeten. Solche Filter sind z.B. von A/G Technology of Needham, Massachusetts, erhältlich.
Jede der oben beschriebenen Entgasungsmethoden kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn z.B. ein Membranfilter (z.B. 0,45 Mikrometer) verwendet wird, um die Gelatine zu entgasen, kann der Filter in das in 2 gezeigte Diafiltrationssystem 16 eingebaut werden. Z.B. wird die wässrige Schicht, die durch Leitung 14 zum Diafiltrationssystem 16 fließt, zuerst wie oben beschrieben behandelt, um Verunreinigungen durch Leitung 30 zu entfernen. Die zurückgewonnene Gelatine kann dann zur Entfernung von Luft innerhalb des Diafiltrationssystems 16 mit einem Membranfilter filtriert werden.
In einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung kann der Entgasungsschritt außerhalb des Diafiltrationssystems durchgeführt werden. In 3 wird die zurückgewonnene Gelatine durch die Leitung 26 zu einer Leitung 27 geleitet, die zu einem Entgasungssystem 29 (z.B. einem Membranfilter) führt. Nach Entfernung des Gases (z.B. Luft) aus der Gelatine wird die entgaste Gelatine durch Leitung 31 geführt, um zurückgewonnen oder wiederaufbereitet zu werden.

Claims

Verfahren zur Wiedergewinnung und Reinigung von Gelatinematerialabfällen aus einem Wirkstoffverkapselungssystem, bei dem man: (a) die Gelatinematerialabfälle und andere lösliche Bestandteile der Gelatinematerialabfälle in einem Lösungsmittel löst, so dass sich eine Dispersion bildet, die eine in den restlichen Bestandteilen des Verkapselungssystems dispergierte Gelatinematerialabfälle-haltige Lösung umfasst; (b) die Dispersion in eine obere nichtwässrige Phase und eine untere Gelatinematerialabfälle-haltige Phase auf Lösungsmittelbasis absetzen lässt; (c) die untere Phase von der oberen Phase abtrennt; und (d) die untere Phase diafiltriert, bis eine gewünschte Reinheit des wiederverwertbaren Abfallmaterials erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man außerdem die obere Phase destil-liert, um ölige Bestandteile daraus abzutrennen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man außerdem die öligen Bestandteile aus der oberen Phase zurückgewinnt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die öligen Bestandteile unter Mineralöl, Knoblauchöl, Fischöl, Vitamin E und Kombinationen davon ausgewählt sind.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem man den Schritt der Destillation der oberen Phase durch Kurzwegdestillation durchführt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man außerdem die untere Phase heiß filtriert, wobei man eine ein Filtrat umfassende heißfiltrierte untere Phase erhält, und das Filtrat dem Diafiltrationsschritt zuführt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Lösungsmittel um Wasser handelt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei es sich bei dem Wasser um entionisiertes Wasser handelt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei man das Wasser auf eine Temperatur von etwa 30 °C bis 70 °C vorerwärmt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man außerdem die Materialabfälle mechanisch bewegt, um deren Auflösung weiter zu erleichtern.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man die wiederverwertbare Gelatine auf eine Feststoffendkonzentration von wenigstens etwa 20 % einengt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die wiederverwertbare Gelatine eine Feststoffendkonzentration von etwa 30 bis 50 % aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man außerdem einen Teil der zurückgewonnenen Gelatinematerialabfälle in den Schritt (a) zurückführt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem man außerdem vor dem Diafiltra-tionsschritt Farbstoffe und Pigmente aus dem Filtrat entfernt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem man die untere Phase bei einer Temperatur von etwa 30 °C bis 70 °C heißfiltriert.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem man außerdem die heißfiltrierte untere Phase behandelt, um eine etwaige Affinität zwischen den in der heißfiltrierten unteren Phase enthaltenen Farbstoffen oder Pigmenten und den Gelatinematerialabfällen zu unterdrücken.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man außerdem die untere Phase dia-filtriert, wobei man einen ersten angereicherten Strom von rückgewinnbaren Gelatinematerialabfällen und einen zweiten Strom, der Verunreinigungen enthält, erhält und die Verunreinigungen vom zweiten Strom abtrennt.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem man außerdem die abgetrennten Verunreinigungen zurückgewinnt.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt der Abtrennung der Verunreinigungen eine Destillation des zweiten Stroms umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Destillation des zweiten Stroms durch ein Verfahren erfolgt, das unter fraktionierter Destillation, Kurzwegdestillation, überkritischer Fluidextraktion und reverser Osmose ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Destillation des zweiten Stroms durch reverse Osmose erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man außerdem zumindest einen wesentlichen Teil der in der unteren Phase enthaltenen Gase entfernt.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem man den Schritt der Gasentfernung während oder kurz nach dem Schritt der Diafiltration der unteren Phase durchführt.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem man den Schritt der Gasentfernung in einem von dem Diafiltrationsschritt gesonderten Verfahrensschritt durchführt.