Ultrazvučna nano-emulzifikacija za mikrokapsuliranje prije sušenja raspršivanjem
- Da bi se aktivni sastojci mikrokapsulirali sušenjem raspršivanjem, mora se pripremiti stabilna mikro- ili nanoemulzija fine veličine.
- Ultrazvučna emulzifikacija je laka i pouzdana tehnika za proizvodnju stabilnih mikro- i nano-emulzija
- Kao alternativni surfaktant, biopolimeri kao što su guma arabi ili WPI mogu se koristiti u procesima ultrazvučne emulzifikacije kao stabilizatori za hranu.
inkapsulacija
Emulzije i kvalitet emulzije igraju značajnu ulogu u pogledu efikasnosti i stabilnosti uljnih mikročestica pripremljenih procesima enkapsulacije kao što je sušenje raspršivanjem. Stabilnost emulzije, viskozitet, veličina kapljica i odnos ulje/voda su ključni faktori. Prilikom obrade, koja počinje pripremom emulzije, a završava se sušenjem raspršivanjem, moraju se održavati sva fizička i hemijska svojstva emulzije, kako bi se spriječilo propadanje mikročestica. Kvaliteta mikrokapsuliranja i stabilnost emulzije su usko povezani i značajno utiču na kvalitet finalnih praškastih proizvoda. Stoga je potrebna pouzdana tehnika emulgiranja. Ultrazvučna emulzifikacija je dobro uspostavljena tehnologija koja se koristi u raznim industrijama širom svijeta za proizvodnju makro-, nano- i mikro-emulzija.
Ultrazvučne nano-emulzije
Ultrasonikatori visokih performansi dobro su poznati za procese emulgiranja u prehrambenoj, farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji. Primena intenzivnih ultrazvučnih talasa je efikasna metoda za proizvodnju emulzija sa kapljicama mikrona ili nano veličine. Ultrazvučna emulzifikacija se zasniva na principu kavitacije, u kojoj ultrazvučni talasi visokog intenziteta i njegovi tečni mlazovi velike brzine smiču kapljice’ površine, stvarajući tako male kapljice i stabilne emulzije.
Stabilizatori emulzije
Ultrazvučne emulzije se mogu stabilizovati upotrebom konvencionalnih emulgatora (npr. polisorbat, sorbitan itd.), ali i upotrebom biopolimera (npr. guar guma, guma arabika, WPI itd.). Industrije su prepoznale ogroman potencijal biopolimera kao stabilizatora emulzije. Posebno za prehrambene, farmaceutske i kozmetičke emulzije, biopolimeri omogućavaju razvoj proizvoda sa “čist” etiketa. Biopolimeri i biopolimerni kompleksi dostupni su u velikim količinama i kvaliteta za hranu. Biopolimerni kompleksi (kao što su polisaharid-proteinski kompleksi) su superiorniji od biopolimera jer nude poboljšana svojstva od svakog polimera za sebe. Biopolimer sastavljen od proteina i polisaharida (= složeni ugljikohidratni polimeri) nudi prednosti svake molekule. Protein povećava površinsku aktivnost tako da se postiže veća zasićenost površinskog sloja pri znatno nižoj koncentraciji. Polisaharid u kompleksu smanjuje međufaznu napetost, a time i energiju koja je potrebna za stvaranje novih površina. Na taj način polisaharidi pospješuju stvaranje malih kapljica. Biopolimerni kompleks nudi najbolje od obje komponente i stoga čini jak stabilizator.
UP400St, moćni ultrazvučni homogenizator od 400 vati, za proizvodnju nano-liposoma.
Ultrasonikatori visokih performansi
Hielscherovi ultrazvučni procesori visokih performansi instalirani su širom svijeta za pripremu stabilnih makro-, nano- i mikroemulzija. Sa portfeljem proizvoda u rasponu od malih ručnih ultrazvučni laboratorijski uređaji to industrijski ultrazvučni sistemi velike snage za komercijalnu proizvodnju velikih inline tokova emulzija, Hielscher Ultrasonics vam nudi najprikladniji ultrasonikator za vaš proces.
Ulazna snaga, amplituda (pomak na sonotrodi), temperatura i brzina protoka mogu se prilagoditi zahtjevima vaše formulacije. Naši industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo velike amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.
Precizna kontrola parametara sonikacije i automatsko snimanje podataka na ugrađenu SD karticu osiguravaju visok kvalitet obrade i omogućavaju standardizaciju procesa. Svi naši ultrazvučni procesori dizajnirani su za rad 24 sata dnevno pod punim opterećenjem. Robusnost, nisko održavanje i jednostavnost za korištenje su daljnje prednosti Hielscherovih ultrasonikatora, što ih čini vašim radnim konjem u proizvodnji.
Dodatna oprema kao što je Hielscherova unikat MultiPhaseCavitator, umetak protočne ćelije koji ubrizgava drugu fazu preko kanila direktno u kavitacionu vruću tačku (vidi sliku lijevo), pomaže u postavljanju optimalnog ultrazvučnog sistema za emulziju.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučna priprema emulzije (crvena voda/žuto ulje). Nekoliko sekundi sonikacije pretvaraju odvojene faze vode/ulja u finu emulziju.
Ultrazvučni procesori velike snage od laboratorijskih do pilotskih i industrijskih razmjera.
Literatura / Reference
- Campelo, Pedro Henrique; Junqueira, Luciana Affonso; de Resende, Jaime Vilela; Domingues Zacarias, Rosana; de Barros Fernandes, Regiane Victória; Alvarenga Botrel, Diego; Vilela Borges, Soraia (2017): Stability of lime essential oil emulsion prepared using biopolymers and ultrasound treatment. International Journal of Food Properties Vol.20, No.S1, 2017. 564-579.
- Maphosa, Yvonne; Jideani, Victoria A. (2018): Factors Affecting the Stability of Emulsions Stabilised by Biopolymers. In: Science and Technology Behind Nanoemulsions (Edited by Selcan Karakuş). 2018
Činjenice koje vrijedi znati
Biopolimeri kao stabilizatori emulzije
Stabilizatori i surfaktanti su potrebni za većinu emulzija kako bi bile dugoročno stabilne. Biopolimeri kao što su polisaharidi i proteini se široko koriste kao funkcionalni sastojci u emulzionim sistemima. Biopolimeri su prirodni tip emulgatora, koji nude dobre performanse stabilizacije emulzije zahvaljujući svom geliranju i kapacitetu emulgiranja. Budući da je proizvodnja stabilnih emulzija preduvjet za uspješnu kapsulaciju sušenjem raspršivanjem prehrambenih proizvoda, biopolimeri su poželjna vrsta stabilizatora. Biopolimeri se mogu koristiti kao stabilizatori sami ili u kombinaciji.
Biopolimeri kao što su guma arabika i izolat proteina surutke (WPI) su jeftini i mogu se lako preraditi u proizvodnji hrane. Arapska guma je mješavina anjonskih ugljikohidrata i nekih proteina. Njegovi visoko razgranati proteini, koji su usko povezani sa polisaharidnom strukturom, daju gumi arabici dobra svojstva emulgiranja. Izolat proteina surutke se sastoji od mješavine globularnih proteina. Ti globularni proteini mogu se brzo adsorbirati na površinu kapljica ulja tokom homogenizacije, što olakšava stvaranje malih kapljica.
Drugi uobičajeni biopolimeri koji se koriste kao emulgatori su želatina, ksantanska guma, škrob, kazein, pektini, maltodekstrin, ovalbumin, natrijum alginat i karboksimetilceluloza između ostalih.
Biopolimerni kompleksi se sastoje od dva ili više biopolimera. Biopolimerni kompleksi se mogu sintetizirati hemijskim, enzimskim ili termičkim tretmanima. Kompleksiranje generalno povećava robusnost i rastvorljivost konačnog kompleksa biopolimera, poboljšavajući njihovu upotrebljivost i stabilnost. Posebno rezultirajuća veća stabilnost u odnosu na različite temperature, pH i jonska snaga su važni faktori za procese emulgiranja.