Ultralyd nano-emulgering til mikroindkapsling før spraytørring
- For at mikroindkapsle aktive ingredienser via spraytørring skal der fremstilles en stabil mikro- eller nanoemulsion i fin størrelse.
- Ultralydsemulgering er en nem og pålidelig teknik til fremstilling af stabile mikro- og nanoemulsioner
- Som alternativt overfladeaktivt middel kan biopolymerer såsom gummiarabi eller WPI anvendes i ultralydsemulgeringsprocesser som stabilisatorer af fødevarekvalitet.
indkapsling
Emulsioner og emulsionskvalitet spiller en væsentlig rolle med hensyn til effektivitet og stabilitet af olieholdige mikropartikler, der fremstilles via indkapslingsprocesser såsom spraytørring. Emulsionsstabilitet, viskositet, dråbestørrelse og olie/vand-forhold er afgørende faktorer. Under forarbejdningen, der starter med fremstillingen af emulsionen og slutter med spraytørringen, skal alle emulsionens fysiske og kemiske egenskaber opretholdes for at forhindre en forringelse af mikropartiklerne. Kvaliteten af mikroindkapsling og emulsionsstabilitet er tæt forbundet og påvirker kvaliteten af de endelige pulveriserede produkter betydeligt. Derfor kræves en pålidelig emulgeringsteknik. Ultralydsemulgering er en veletableret teknologi, der bruges i forskellige industrier verden over til at producere makro-, nano- og mikroemulsioner.
Ultralyd nano-emulsioner
Højtydende ultralydapparater er veletablerede til emulgeringsprocesser i fødevare-, farmaceutiske og kosmetiske industrier. Anvendelsen af intense ultralydsbølger er en effektiv metode til at producere emulsioner med dråber i mikron- eller nanostørrelse. Ultralydsemulgering er baseret på kavitationsprincippet, hvor ultralydsbølger med høj intensitet og dens væskestråler med høj hastighed skærer dråberne’ overflade, hvorved der skabes små dråber og stabile emulsioner.
Emulsionsstabilisatorer
Ultralydsemulsioner kan stabiliseres ved hjælp af konventionelle emulgeringsmidler (f.eks. Polysorbat, sorbitan osv.), Men også ved hjælp af biopolymerer (f.eks. Guargummi, gummi arabicum, WPI osv.). Industrier har anerkendt det enorme potentiale i biopolymerer som emulsionsstabilisatorer. Især til fødevarer, farmaceutiske og kosmetiske emulsioner giver biopolymerer mulighed for udvikling af produkter med en “ren” etiket. Biopolymerer og biopolymerkomplekser fås i store mængder og af fødevarekvalitet. Biopolymerkomplekser (såsom polysaccharid-proteinkomplekser) er overlegne i forhold til biopolymerer, da de tilbyder forbedrede egenskaber end hver polymer alene. En biopolymer sammensat af et protein og et polysaccharid (= komplekse kulhydratpolymerer) giver fordelene ved hvert molekyle. Proteinet øger overfladeaktiviteten, så der opnås en højere overfladelagsmætning ved en signifikant lavere koncentration. Polysaccharid i komplekset reducerer grænsefladespændingen og dermed den energi, der kræves for at generere nye overflader. Derved forbedrer polysaccharider dannelsen af små dråber. Et biopolymerkompleks tilbyder det bedste af sine begge komponenter og gør derfor en stærk stabilisator.
UP400St, en 400 watt kraftig ultralydshomogenisator, til fremstilling af nano-liposomer.
Højtydende ultralydapparater
Hielschers højtydende ultralydsprocessorer er installeret over hele verden til fremstilling af stabile makro-, nano- og mikroemulsioner. Med en produktportefølje, der spænder fra små håndholdte Ultralydslaboratorier til højtydende industrielle ultralydssystemer til kommerciel produktion af store inline-strømme af emulsioner tilbyder Hielscher Ultrasonics dig den bedst egnede ultralydsapparat til din proces.
Effektindgang, amplitude (forskydning ved sonotroden), temperatur og flowhastighed kan justeres til kravene i din formulering. Vores industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige.
Præcis kontrol over sonikeringsparametrene og automatisk dataoptagelse på et indbygget SD-kort sikrer høj behandlingskvalitet og giver mulighed for processtandardisering. Alle vores ultralydsprocessorer er designet til 24/7 drift under fuld belastning. Robusthed, lav vedligeholdelse og brugervenlighed er yderligere fordele ved Hielschers ultralydapparater, hvilket gør dem til din arbejdshest i produktionen.
Tilbehør som Hielschers unikke MultiPhaseCavitator, en flowcelleindsats, der injicerer den anden fase via kanyler direkte ind i det kavitationelle hot-spot (se billede til venstre), hjælper med at opsætte et optimalt ultralydsemulgeringssystem.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Ultralydsforberedelse af en emulsion (rødt vand / gul olie). Et par sekunders sonikering gør de separate vand / oliefaser til en fin emulsion.
Ultralydsprocessorer med høj effekt fra laboratorie til pilot og industriel skala.
Litteratur / Referencer
- 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, der er værd at vide
Biopolymerer som emulsionsstabilisatorer
Stabilisatorer og overfladeaktive stoffer er nødvendige for de fleste emulsioner for at gøre dem langtidsstabile. Biopolymerer såsom polysaccharider og proteiner anvendes i vid udstrækning som funktionelle ingredienser i emulsionssystemer. Biopolymerer er en naturlig type emulgeringsmiddel, som giver en god emulsionsstabiliserende ydeevne på grund af deres gelerings- og emulgeringskapacitet. Da produktion af stabile emulsioner er en forudsætning for en vellykket indkapsling via spraytørring af fødevarer, er biopolymerer en foretrukken type stabilisator. Biopolymerer kan anvendes som stabilisatorer alene eller i kombination.
Biopolymerer som gummi arabicum og valleproteinisolat (WPI) er billige og kan let forarbejdes i fødevareproduktion. Gummi arabicum er en blanding af anioniske kulhydrater og nogle proteiner. Dens stærkt forgrenede proteiner, der er tæt forbundet med polysaccharidstrukturen, giver gummi arabicum gode emulgerende egenskaber. Valleproteinisolat er sammensat af en blanding af kugleformede proteiner. Disse kugleformede proteiner kan hurtigt adsorberes på oliedråbernes overflade under homogenisering, hvilket letter dannelsen af små dråber.
Andre almindelige biopolymerer, der anvendes som emulgeringsmidler, er bl.a. gelatine, xanthangummi, stivelse, kasein, pektiner, maltodextrin, ovalbumin, natriumalginat og carboxymethylcellulose.
Biopolymerkomplekser er sammensat af to eller flere biopolymerer. Biopolymerkomplekser kan syntetiseres ved kemiske, enzymatiske eller termiske behandlinger. Kompleksdannelsen øger generelt robustheden og opløseligheden af det endelige biopolymerkompleks, hvilket forbedrer deres anvendelighed og stabilitet. Især den deraf følgende højere stabilitet med hensyn til varierende temperaturer, pH og ionstyrke er vigtige faktorer for emulgeringsprocesser.