Ultraschall-Nanoemulgierung zur Mikroverkapselung vor der Sprühtrocknung

• Um Wirkstoffe durch Sprühtrocknung zu mikroverkapseln, muss eine stabile Mikro- oder Nanoemulsion mit feinen Tröpfchen hergestellt werden.
• Die Ultraschallemulgierung ist ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zur Herstellung stabiler Mikro- und Nanoemulsionen.
• Als alternative Tenside können Biopolymere wie Gummi arabicum oder WPI bei der Ultraschallemulgierung als Stabilisatoren in Lebensmittelqualität eingesetzt werden.

Verkapselung

Emulsionen und ihre Qualität spielen eine wesentliche Rolle für die Effizienz und Stabilität ölhaltiger Mikropartikel, die durch Verkapselungsverfahren wie die Sprühtrocknung hergestellt werden. Emulsionsstabilität, Viskosität, Tröpfchengröße und das Öl-Wasser-Verhältnis sind entscheidende Faktoren. Während der Verarbeitung, die mit der Herstellung der Emulsion beginnt und mit der Sprühtrocknung endet, müssen all diese physikalischen und chemischen Eigenschaften der Emulsion erhalten bleiben, um eine Qualitätsminderung der Mikropartikel zu verhindern. Die Qualität der Mikroverkapselung und die Emulsionsstabilität hängen eng zusammen und beeinflussen die Qualität der fertigen pulverförmigen Produkte erheblich. Daher ist ein zuverlässiges Emulgierverfahren erforderlich. Die Ultraschallemulgierung ist eine etablierte Technologie, die weltweit in verschiedenen Branchen zur Herstellung von Makro-, Nano- und Mikroemulsionen eingesetzt wird.

Nanoemulsionen durch Ultraschall

Hochleistungs-Ultraschallgeräte haben sich für Emulgierprozesse in der Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie etabliert. Der Einsatz intensiver Ultraschallwellen ist eine effiziente Methode zur Herstellung von Emulsionen mit Tröpfchen im Mikro- oder Nanometerbereich. Die Ultraschallemulgierung beruht auf dem Prinzip der Kavitation, bei dem Ultraschallwellen hoher Intensität und die dadurch entstehenden Flüssigkeitsstrahlen hoher Geschwindigkeit Scherkräfte auf die Tröpfchenoberfläche ausüben und so kleine Tröpfchen und stabile Emulsionen erzeugen.

Emulsionsstabilisatoren

Durch Ultraschall erzeugte Emulsionen lassen sich mit herkömmlichen Emulgatoren (z. B. Polysorbat, Sorbitan usw.), aber auch mit Biopolymeren (z. B. Guarkernmehl, Gummi arabicum, WPI usw.) stabilisieren. Die Industrie hat das enorme Potenzial von Biopolymeren als Emulsionsstabilisatoren erkannt. Insbesondere bei Emulsionen für Lebensmittel, Arzneimittel und Kosmetika ermöglichen Biopolymere die Entwicklung von Produkten mit einem „Clean Label“. Biopolymere und Biopolymerkomplexe sind in großen Mengen und in Lebensmittelqualität erhältlich. Biopolymerkomplexe (wie Polysaccharid-Protein-Komplexe) sind einzelnen Biopolymeren überlegen, da sie bessere Eigenschaften bieten als jedes Polymer für sich. Ein aus einem Protein und einem Polysaccharid (= einem komplexen Kohlenhydratpolymer) zusammengesetztes Biopolymer bietet die Vorteile beider Moleküle. Das Protein erhöht die Oberflächenaktivität, sodass bei einer deutlich geringeren Konzentration eine höhere Sättigung der Oberflächenschicht erreicht wird. Das Polysaccharid im Komplex verringert die Grenzflächenspannung und damit die Energie, die zur Bildung neuer Oberflächen erforderlich ist. Dadurch fördern Polysaccharide die Bildung kleiner Tröpfchen. Ein Biopolymerkomplex vereint die besten Eigenschaften seiner beiden Komponenten und ist daher ein wirksamer Stabilisator.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte

Die Hochleistungs-Ultraschallprozessoren von Hielscher werden weltweit zur Herstellung stabiler Makro-, Nano- und Mikroemulsionen eingesetzt. Mit einem Produktportfolio, das von kleinen handgeführten Ultraschall-Laborgeräten bis hin zu leistungsstarken industriellen Ultraschallsystemen für die gewerbliche Herstellung großer Emulsionsströme im Inline-Verfahren reicht, bietet Ihnen Hielscher Ultrasonics das für Ihren Prozess am besten geeignete Ultraschallgerät.
Leistungseintrag, Amplitude (Auslenkung an der Sonotrode), Temperatur und Volumenstrom lassen sich an die Anforderungen Ihrer Formulierung anpassen. Unsere industriellen Ultraschallprozessoren können sehr hohe Amplituden erzeugen. Amplituden von bis zu 200µm lassen sich problemlos im kontinuierlichen 24/7-Betrieb aufrechterhalten. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden erhältlich.
Die präzise Steuerung der Beschallungsparameter und die automatische Datenaufzeichnung auf einer integrierten SD-Karte gewährleisten eine hohe Verarbeitungsqualität und ermöglichen die Standardisierung des Prozesses. Alle unsere Ultraschallprozessoren sind für den 24/7-Betrieb unter Volllast ausgelegt. Robustheit, geringer Wartungsaufwand und Benutzerfreundlichkeit sind weitere Vorteile der Ultraschallgeräte von Hielscher, die sie zu zuverlässigen Arbeitspferden in Ihrer Produktion machen.
Zubehör wie der einzigartige, von Hielscher entwickelte MultiPhaseCavitator, ein Durchflusszelleneinsatz, der die zweite Phase über Kanülen direkt in den Kavitations-Hotspot einspritzt (siehe Abbildung links), hilft beim Aufbau eines optimalen Ultraschall-Emulgiersystems.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: