Kapazität von Sauerstoff-Absorbern für pharmazeutische Anwendungen

Weg mit dem Stoff

02.09.2016 Sauerstoff ist der große Gegner: Er lässt Lebensmittel verderben und viele Aromen verlieren, und er baut bei Pharmazeutika durch Oxidation therapeutisch wirksame Ingredienzien ab.

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Entscheider-Facts für Pharma- und Lebensmittel-Branche

  • Sauerstoff-Absorber entfernen Restsauerstoff aus dem Kopfraum von Verpackungen und schützen so pharmazeutisch aktive Substanzen und Aromastoffe vor Oxidation.
  • Verschiedene Sauerstoff-Absorbersysteme haben unterschiedliche Absorptionskapazitäten und eignen sich jeweils für verschiedene Anwendungen. Die beschriebene Analyse hilft bei der Bewertung der Systeme.
  • Neben der Absorptionskapazität eines Sauerstoff-Absorbers ist auch dessen Reaktionsgeschwindigkeit wichtig, da die Absorption schneller verlaufen muss als die Oxidation des zu schützenden Wirkstoffs.
Weg mit dem Stoff

Sauerstoff-Absorber wie diese sind für Lebensmittel etabliert und nützen zunehmend auch bei pharmazeutischen Wirkstoffen.

Als Gegenmittel sind Sauerstoff-Absorber in der Lebensmittelindustrie bereits ein etabliertes Konzept, und auch in der Pharmabranche kommen sie zunehmend zum Einsatz.

Analysieren und bewerten

Bei Sauerstoff-Absorbern für pharmazeutische und lebensmittelrelevante Anwendungen handelt es sich entweder um separate Elemente, die Packungen beigegeben werden können oder um separate Schichten von Mehrschicht-Verbunden. Separate sauerstoffabsorbierende Elemente sind Sachets, Etiketten und kleine Container. Aktive Substanzen darin sind z.B. Eisenpulver oder reaktive Polymere mit oxidierbaren Doppelbindungen.

Firmen, die erstmalig Sauerstoff-Absorber anwenden möchten, stehen vor der Frage, wie die unterschiedlichen Produkte zu analysieren und zu bewerten sind. Das Fraunhofer Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (Fraunhofer IVV) in Freising hat zu dieser Fragestellung mehrere praxisfreundliche Messmethoden entwickelt und bietet diese auch als Dienstleistung an. Damit lässt sich die Absorptions-Kapazität untersuchen und vergleichen.

Zum Vergleich untersuchten die Forscher drei verschiedene Sauerstoff-Absorber: Etikett, Container und Sachet. Bei dem Etikett handelte es sich um einen polymerbasierten Sauerstoff-Absorber, der kurz vor der Anwendung mit UV-Licht aktiviert wird. Bei dem Container und dem Sachet handelte es sich um Systeme, die im reaktiven Zustand verkauft werden und deshalb kurz nach Öffnen der Umverpackungen angewendet werden müssen.

Messzellen für verschiedene Bedingungen

Die Analyse der Sauerstoff-Absorber erfolgt in eigens entwickelten Messzellen, die mit einem beliebigen Gas beaufschlagt werden können. Damit ist es möglich, die Reaktion der Absorber bei verschiedenen Sauerstoff-Konzentrationen und in Anwesenheit weiterer Gase wie Kohlendioxid zu untersuchen. Üblich ist eine durch Spülen mit Luft erzielte Startkonzentration von 20,95 % vol. Sauerstoff. Bei einem Umgebungsdruck von 970 mbar, dem Luftdruck in Freising bei Start der beschriebenen Beispiel-Analyse, entsprechen 20,95 % vol. Sauerstoff einem Partialdruck von 203 mbar.

Weg mit dem Stoff

Messzelle zur Bestimmung der Sauerstoff-Absorption.

Die Abnahme der Sauerstoff-Konzentration bzw. des Sauerstoff-Partialdruckes lässt sich über ein optisches Messsystem verfolgen. Dieses beruht auf Lumineszenzlöschung und ist daher für non-invasive Messungen geeignet. Um den Einfluss der Temperatur zu studieren, werden die Messzellen bei verschiedenen Temperaturen gelagert. Die gemessenen Daten ermöglichen das Bestimmen der Aktivierungsenergie. Verschiedene Messzellen mit unterschiedlichem Innenvolumen gestatten es außerdem, das Kopfraum/Absorber-Verhältnis einer Packung nachzustellen. Gesättigte Salzlösungen oder Wasser dienen zum Einstellen der relativen Feuchte in den Messzellen.

Heftausgabe: September 2016
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Über den Autor

Sven Sängerlaub, Geschäftsfeld-Manager Verpackung, Fraunhofer IVV; Zuzana Scheuerer, Prüfgruppenleiterin Materialentwicklung, Fraunhofer IVV; Prof. Dr.-Ing. Kajetan Müller, Abteilung Materialentwicklung, Fraunhofer IVV
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