Ultrazvuková nanoemulgace pro mikroenkapsulaci před sušením rozprašováním
- Pro mikroenkapsulaci aktivních látek sušením rozprašováním je nutné připravit jemnou stabilní mikro- nebo nanoemulzi.
- Ultrazvuková emulgace je snadná a spolehlivá technika pro výrobu stabilních mikro- a nanoemulzí
- Jako alternativní povrchově aktivní látku lze v procesech ultrazvukové emulgace použít biopolymery, jako je arabská guma nebo WPI, které slouží jako stabilizátory potravinářské kvality.
Enkapsulace
Emulze a jejich kvalita hrají významnou roli z hlediska účinnosti a stability olejových mikročástic připravených enkapsulačními procesy, jako je sušení rozprašováním. Klíčovými faktory jsou stabilita emulze, viskozita, velikost kapiček a poměr oleje a vody. Během zpracování, které začíná přípravou emulze a končí sušením rozprašováním, musí být všechny tyto fyzikální a chemické vlastnosti emulze zachovány, aby se zabránilo zhoršení kvality mikročástic. Kvalita mikroenkapsulace a stabilita emulzí spolu úzce souvisejí a významně ovlivňují kvalitu finálních práškových produktů. Proto je zapotřebí spolehlivá technika emulgace. Ultrazvuková emulgace je dobře zavedená technologie, která se celosvětově používá v různých odvětvích k výrobě makro-, nano- a mikroemulzí.
Ultrazvukové nanoemulze
Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje jsou dobře zavedené pro emulgační procesy v potravinářském, farmaceutickém a kosmetickém průmyslu. Aplikace intenzivních ultrazvukových vln je účinnou metodou výroby emulzí s kapičkami mikronové nebo nanometrové velikosti. Ultrazvuková emulgace je založena na principu kavitace, při níž ultrazvukové vlny vysoké intenzity a jimi vytvářené vysokorychlostní proudy kapaliny působí smykem na povrch kapiček, čímž vznikají malé kapičky a stabilní emulze.
Stabilizátory emulzí
Ultrazvukové emulze lze stabilizovat pomocí konvenčních emulgátorů (např. polysorbát, sorbitan atd.), ale také pomocí biopolymerů (např. guarová guma, arabská guma, WPI atd.). Průmysl rozpoznal obrovský potenciál biopolymerů jako stabilizátorů emulzí. Zejména u potravinářských, farmaceutických a kosmetických emulzí umožňují biopolymery vývoj produktů s „čistou“ etiketou. Biopolymery a biopolymerní komplexy jsou dostupné ve velkých objemech a v potravinářské kvalitě. Biopolymerní komplexy (jako jsou polysacharid-proteinové komplexy) předčí samotné biopolymery, protože nabízejí lepší vlastnosti než každý z polymerů samostatně. Biopolymer složený z proteinu a polysacharidu (= komplexní sacharidové polymery) nabízí výhody každé z obou molekul. Protein zvyšuje povrchovou aktivitu, takže se dosáhne vyššího nasycení povrchové vrstvy při výrazně nižší koncentraci. Polysacharid v komplexu snižuje mezifázové napětí, a tím i energii potřebnou k vytvoření nových povrchů. Polysacharidy tak podporují tvorbu malých kapiček. Biopolymerní komplex nabízí to nejlepší z obou svých složek, a proto je silným stabilizátorem.
UP400St, výkonný ultrazvukový homogenizátor o výkonu 400 wattů, pro výrobu nanoliposomů.
Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje
Vysoce výkonné ultrazvukové procesory Hielscher jsou instalovány po celém světě pro přípravu stabilních makro-, nano- a mikroemulzí. Díky produktovému portfoliu sahajícímu od malých ručních laboratorních ultrazvukových přístrojů až po vysoce výkonné průmyslové ultrazvukové systémy pro komerční výrobu velkých kontinuálních (inline) proudů emulzí vám Hielscher Ultrasonics nabízí nejvhodnější ultrazvukový přístroj pro váš proces.
Příkon, amplitudu (výchylku sonotrody), teplotu a průtok lze přizpůsobit požadavkům vaší formulace. Naše průmyslové ultrazvukové procesory dokážou dosahovat velmi vysokých amplitud. Amplitudy až 200µm lze snadno nepřetržitě provozovat v režimu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody.
Přesné řízení parametrů sonikace a automatický záznam dat na vestavěnou SD kartu zajišťují vysokou kvalitu zpracování a umožňují standardizaci procesu. Všechny naše ultrazvukové procesory jsou navrženy pro provoz 24/7 při plném zatížení. Robustnost, nízká náročnost na údržbu a uživatelská přívětivost jsou dalšími výhodami ultrazvukových přístrojů Hielscher, díky nimž se stanou vaším spolehlivým tahounem ve výrobě.
Příslušenství, jako je unikátní zařízení Hielscher MultiPhaseCavitator, vložka do průtokové cely, která vstřikuje druhou fázi pomocí kanyl přímo do kavitačního ohniska (hot-spot) (viz obr. vlevo), pomáhá sestavit optimální systém ultrazvukové emulgace.
Níže uvedená tabulka uvádí orientační přibližnou zpracovatelskou kapacitu našich ultrazvukových přístrojů:
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Ultrazvuková příprava emulze (červená voda / žlutý olej). Několik sekund sonikace promění oddělené fáze voda/olej v jemnou emulzi.
Vysoce výkonné ultrazvukové procesory od laboratorního přes pilotní až po průmyslové měřítko.
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
Fakta, která stojí za to znát
Biopolymery jako stabilizátory emulzí
Většina emulzí vyžaduje stabilizátory a povrchově aktivní látky, aby byly dlouhodobě stabilní. Biopolymery, jako jsou polysacharidy a proteiny, se široce používají jako funkční složky v emulzních systémech. Biopolymery jsou přírodním typem emulgátoru, který díky své gelotvorné a emulgační schopnosti nabízí dobrou schopnost stabilizovat emulze. Protože výroba stabilních emulzí je předpokladem úspěšné enkapsulace potravinářských produktů sušením rozprašováním, jsou biopolymery preferovaným typem stabilizátoru. Biopolymery lze jako stabilizátory používat samostatně nebo v kombinaci.
Biopolymery, jako je arabská guma a izolát syrovátkové bílkoviny (WPI), jsou levné a lze je snadno zpracovávat v potravinářské výrobě. Arabská guma je směs aniontových sacharidů a některých proteinů. Její vysoce rozvětvené proteiny, které jsou úzce vázány na polysacharidovou strukturu, dodávají arabské gumě dobré emulgační vlastnosti. Izolát syrovátkové bílkoviny se skládá ze směsi globulárních proteinů. Tyto globulární proteiny se mohou během homogenizace rychle adsorbovat na povrch olejových kapiček, což usnadňuje tvorbu malých kapiček.
Mezi další běžné biopolymery používané jako emulgátory patří mimo jiné želatina, xanthanová guma, škrob, kasein, pektiny, maltodextrin, ovalbumin, alginát sodný a karboxymethylcelulóza.
Biopolymerní komplexy se skládají ze dvou nebo více biopolymerů. Biopolymerní komplexy lze syntetizovat chemickou, enzymatickou nebo tepelnou úpravou. Komplexace obecně zvyšuje robustnost a rozpustnost výsledného biopolymerního komplexu, čímž zlepšuje jeho použitelnost a stabilitu. Pro emulgační procesy jsou důležitými faktory zejména výsledná vyšší stabilita vůči měnícím se teplotám, pH a iontové síle.