Ultrazvučna nanoemulzifikacija za mikroinkapsulaciju prije sušenja raspršivanjem
- Da bi se aktivni sastojci mikroinkapsulirali sušenjem raspršivanjem, mora se pripremiti fino dispergirana stabilna mikro- ili nanoemulzija.
- Ultrazvučna emulzifikacija je jednostavna i pouzdana tehnika za proizvodnju stabilnih mikro- i nanoemulzija
- Kao alternativni surfaktant, biopolimeri poput gumiarabike ili WPI mogu se koristiti u procesima ultrazvučne emulzifikacije kao stabilizatori prehrambenog kvaliteta.
Inkapsulacija
Emulzije i kvaliteta emulzije imaju značajnu ulogu u pogledu efikasnosti i stabilnosti uljnih mikročestica pripremljenih procesima inkapsulacije kao što je sušenje raspršivanjem. Stabilnost emulzije, viskoznost, veličina kapljica i omjer ulja i vode presudni su faktori. Tokom obrade, koja počinje pripremom emulzije, a završava sušenjem raspršivanjem, sva ta fizička i hemijska svojstva emulzije moraju se održati kako bi se spriječilo pogoršanje kvaliteta mikročestica. Kvaliteta mikroinkapsulacije i stabilnost emulzije usko su povezane i značajno utiču na kvalitet konačnih praškastih proizvoda. Stoga je potrebna pouzdana tehnika emulzifikacije. Ultrazvučna emulzifikacija je dobro uspostavljena tehnologija koja se širom svijeta koristi u različitim industrijama za proizvodnju makro-, nano- i mikroemulzija.
Ultrazvučne nanoemulzije
Visokoučinski ultrazvučni uređaji (ultrazvučni procesori) dobro su uspostavljeni za procese emulzifikacije u prehrambenoj, farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji. Primjena intenzivnih ultrazvučnih valova efikasna je metoda za proizvodnju emulzija s kapljicama mikrometarske ili nanometarske veličine. Ultrazvučna emulzifikacija zasniva se na principu kavitacije, pri kojoj ultrazvučni valovi visokog intenziteta i njihovi tečni mlazevi velike brzine smičuju površinu kapljica, čime nastaju male kapljice i stabilne emulzije.
Stabilizatori emulzija
Ultrazvučne emulzije mogu se stabilizirati konvencionalnim emulgatorima (npr. polisorbatom, sorbitanom itd.), ali i biopolimerima (npr. guar gumom, gumiarabikom, WPI itd.). Industrije su prepoznale ogroman potencijal biopolimera kao stabilizatora emulzija. Posebno za prehrambene, farmaceutske i kozmetičke emulzije, biopolimeri omogućavaju razvoj proizvoda s „čistom“ deklaracijom. Biopolimeri i kompleksi biopolimera dostupni su u velikim količinama i prehrambenog su kvaliteta. Kompleksi biopolimera (kao što su kompleksi polisaharid–protein) superiorniji su od biopolimera jer nude bolja svojstva od svakog pojedinačnog polimera. Biopolimer sastavljen od proteina i polisaharida (= složeni polimeri ugljikohidrata) nudi prednosti svakog od tih molekula. 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 potrebnu za stvaranje novih površina. Na taj način polisaharidi potiču stvaranje malih kapljica. Biopolimerni kompleks nudi najbolje od obje svoje komponente i stoga čini jak stabilizator.
UP400St, snažan ultrazvučni homogenizator od 400 watta, za proizvodnju nanolipozoma.
Visokoučinski ultrazvučni uređaji
Visokoučinski ultrazvučni procesori Hielscher instalirani su širom svijeta za pripremu stabilnih makro-, nano- i mikroemulzija. S portfeljem proizvoda koji obuhvata od malih ručnih ultrazvučnih laboratorijskih uređaja do industrijskih ultrazvučnih sistema velike snage za komercijalnu proizvodnju velikih inline tokova emulzija, Hielscher Ultrasonics nudi vam najprikladniji ultrazvučni uređaj za vaš proces.
Ulazna snaga, amplituda (pomak na sonotrodi), temperatura i protok mogu se prilagoditi zahtjevima vaše formulacije. Naši industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano koristiti u radu 24/7. Za još više amplitude dostupne su sonotrode ultrazvučnih uređaja izrađene po narudžbi.
Precizna kontrola parametara ultrazvučne obrade i automatsko bilježenje podataka na ugrađenu SD karticu osiguravaju visoku kvalitetu obrade i omogućavaju standardizaciju procesa. Svi naši ultrazvučni procesori dizajnirani su za rad 24/7 pod punim opterećenjem. Robusnost, nizak nivo održavanja i jednostavnost korištenja dodatne su prednosti ultrazvučnih uređaja Hielscher, zbog čega su oni radni konj u vašoj proizvodnji.
Pribor kao što je jedinstveni Hielscher MultiPhaseCavitator, umetak za protočnu ćeliju koji drugu fazu putem kanila ubrizgava direktno u kavitacijsku vruću tačku (vidi sliku lijevo), pomaže u postavljanju optimalnog sistema za ultrazvučnu emulzifikaciju.
Tabela ispod daje vam orijentaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | klaster uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučna priprema emulzije (crvena voda / žuto ulje). Nekoliko sekundi ultrazvučne obrade pretvara odvojene faze vode i ulja u finu emulziju.
Ultrazvučni procesori velike snage od laboratorijske do pilot i industrijske skale.
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 vrijedne znanja
Biopolimeri kao stabilizatori emulzija
Stabilizatori i surfaktanti potrebni su za većinu emulzija kako bi bile dugoročno stabilne. Biopolimeri kao što su polisaharidi i proteini široko se koriste kao funkcionalni sastojci u emulzijskim sistemima. Biopolimeri su prirodna vrsta emulgatora koji nude dobro stabilizirajuće djelovanje na emulzije zahvaljujući svojoj sposobnosti geliranja i emulgiranja. Budući da je proizvodnja stabilnih emulzija preduvjet za uspješnu inkapsulaciju prehrambenih proizvoda sušenjem raspršivanjem, biopolimeri su poželjna vrsta stabilizatora. Biopolimeri se mogu koristiti kao stabilizatori samostalno ili u kombinaciji.
Biopolimeri kao što su gumiarabika i izolat proteina sirutke (WPI) jeftini su i mogu se lako obrađivati u proizvodnji hrane. Gumiarabika je mješavina anionskih ugljikohidrata i nekih proteina. Njeni visoko razgranati proteini, koji su usko povezani sa strukturom polisaharida, daju gumiarabici dobra emulgirajuća svojstva. Izolat proteina sirutke sastoji se od mješavine globularnih proteina. Ti se globularni proteini mogu brzo adsorbirati na površinu kapljica ulja tokom homogenizacije, što olakšava stvaranje malih kapljica.
Drugi uobičajeni biopolimeri koji se koriste kao emulgatori su, između ostalih, želatin, ksantan guma, škrob, kazein, pektini, maltodekstrin, ovalbumin, natrijev alginat i karboksimetilceluloza.
Kompleksi biopolimera sastoje se od dva ili više biopolimera. Kompleksi biopolimera mogu se sintetizirati hemijskim, enzimskim ili termičkim postupcima. Kompleksiranje općenito povećava robusnost i topljivost konačnog biopolimernog kompleksa, poboljšavajući njegovu upotrebljivost i stabilnost. Posebno su važni faktori za procese emulzifikacije dobivena veća stabilnost u pogledu promjenjivih temperatura, pH vrijednosti i jonske jačine.