Υπερήχων παραγωγή σταθερών νανογαλακτωμάτων

• Νανογαλακτώματα – Επίσης γνωστά ως γαλακτώματα miniemulsions ή γαλακτώματα submicron – χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στη χημεία, τα χρώματα, τα επιχρίσματα, τα καλλυντικά, τα φαρμακευτικά προϊόντα και τα τρόφιμα.
• Υπερήχων είναι γνωστή ως μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αξιόπιστη τεχνική για την παραγωγή μακροπρόθεσμων σταθερών νανογαλακτωμάτων.

Γιατί υπερήχων για νανογαλακτωματοποίηση

Υπερήχων νανογαλακτωματοποίηση είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί χαμηλής συχνότητας, υψηλής ισχύος κύματα υπερήχων για τη δημιουργία σταθερών και ομοιόμορφων γαλακτωμάτων μικροσκοπικών σταγονιδίων, συνήθως στην περιοχή των 10-200 nm. Αυτή η τεχνική έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών μεθόδων γαλακτωματοποίησης, γεγονός που την καθιστά ανώτερη σε διάφορες εφαρμογές. Μερικά από αυτά τα πλεονεκτήματα είναι:

• Ομοιόμορφο μέγεθος σωματιδίων: Υπερήχων νανογαλακτωματοποίηση παράγει μικρά και ομοιόμορφα σταγονίδια, τα οποία προσφέρουν καλύτερη σταθερότητα και βιοδιαθεσιμότητα. Αυτά τα σταγονίδια έχουν υψηλή αναλογία επιφάνειας προς όγκο, καθιστώντας τα πιο αντιδραστικά και αποτελεσματικά σε διάφορες εφαρμογές.
• Υψηλή σταθερότητα: Τα νανογαλακτώματα υπερήχων έχουν υψηλή κινητική σταθερότητα λόγω του μικρού μεγέθους και της ομοιομορφίας τους, γεγονός που τα καθιστά ανθεκτικά στη συσσωμάτωση, κροκίδωση και καθίζηση. Αυτή η σταθερότητα τα καθιστά ιδανικά για χρήση σε τρόφιμα, φαρμακευτικά προϊόντα, καλλυντικά και χημικές εφαρμογές.
• Μειωμένη κατανάλωση ενέργειας: Υπερήχων νανογαλακτωματοποίηση απαιτεί χαμηλότερη εισροή ενέργειας από τις παραδοσιακές μεθόδους γαλακτωματοποίησης όπως η ομογενοποίηση ή μικρορευστοποίηση, καθιστώντας το πιο ενεργειακά αποδοτικό και οικονομικά αποδοτικό.
• Ευλυγισία: Υπερήχων νανογαλακτωματοποίηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γαλακτωματοποιήσει ένα ευρύ φάσμα υλικών, συμπεριλαμβανομένων των λιπιδίων, υδρόφιλες ενώσεις, και αδιάλυτες στο νερό ουσίες. Αυτό το καθιστά μια ευέλικτη τεχνική που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες εφαρμογές.
  Γρήγορος χρόνος επεξεργασίας: Υπερήχων νανογαλακτωματοποίηση είναι μια γρήγορη διαδικασία που μπορεί να ολοκληρωθεί μέσα σε λίγα λεπτά, καθιστώντας το κατάλληλο για παραγωγή μεγάλης κλίμακας.

Συνολικά, υπερήχων νανογαλακτωματοποίηση προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών μεθόδων γαλακτωματοποίησης, καθιστώντας την μια ανώτερη τεχνική για διάφορες εφαρμογές.
 

Υπερήχων σχηματισμός νανογαλακτωμάτων

Υπερήχων γαλακτωματοποίηση προκαλείται από τη σύζευξη των κυμάτων υπερήχων ισχύος σε ένα υγρό σύστημα. Με υπερήχους ενός υγρού, εμφανίζονται δύο μηχανισμοί:

1. Το ακουστικό πεδίο παράγει κύματα που ταξιδεύουν μέσω του υγρού και προκαλούν μικροαναταράξεις και μια διεπιφανειακή κίνηση. Με αυτόν τον τρόπο, η οριακή φάση γίνεται ασταθής, έτσι ώστε η διασκορπισμένη (εσωτερική) φάση τελικά σπάει και σχηματίζει σταγονίδια στη συνεχή (εξωτερική) φάση.
2. Η εφαρμογή υπερήχων χαμηλής συχνότητας, υψηλής ισχύος δημιουργεί σπηλαίωση (Kentish et al. 2008). Με υπερηχητική σπηλαίωση, σχηματίζονται μικροφυσαλίδες ή κενά στο μέσο λόγω των κύκλων πίεσης του κύματος υπερήχων. Οι μικροφυσαλίδες / κενά αναπτύσσονται σε αρκετούς κύκλους κύματος μέχρι να καταρρεύσουν βίαια. Αυτή η κατάρρευση φυσαλίδων προκαλεί τοπικά ακραίες συνθήκες, όπως πολύ υψηλή διάτμηση, πίδακες υγρού και ακραίους ρυθμούς θέρμανσης και ψύξης. (Suslick 1999).

Αυτές οι ακραίες δυνάμεις διασπούν τα πρωτογενή σταγονίδια διασκορπισμένης (εσωτερικής) φάσης μέχρι σταγονίδια νανομεγέθους και τα αναμιγνύουν ομοιογενώς στη συνεχή (εξωτερική) φάση.
Διαβάστε εδώ περισσότερα σχετικά με τις επιπτώσεις της υπερηχητικής σπηλαίωσης στη γαλακτωματοποίηση!

Φαρμακευτικά νανογαλακτώματα

Λιπιδικά μικρογαλακτώματα – Παράγεται από υπερήχους – εφαρμόζονται ευρέως ως φορείς φαρμακολογικών παραγόντων σε φαρμακευτικά σκευάσματα. Για παράδειγμα, τα μικρογαλακτώματα μπορούν να λειτουργήσουν ως παρεντερικός φορέας φαρμάκων ή συσκευή χορήγησης φαρμάκων για να στοχεύσουν ιστούς. Εκτός από την υψηλή βιοδιαθεσιμότητα των ενθυλακωμένων δραστικών ενώσεων, τα πλεονεκτήματα των μικρογαλακτωμάτων έγκεινται στην υψηλή βιοσυμβατότητά τους, τη βιοδιασπασιμότητα, τη σταθερότητα και την ευκολία παραγωγής μεγάλης κλίμακας. Λόγω των δομικών ιδιοτήτων τους, μπορούν να ενσωματώσουν υδρόφοβα καθώς και αμφιπαθητικά μόρια. Υπερηχητικά παρασκευασμένα νανογαλακτώματα έχουν φορτωθεί με τοκοφερόλες, βιταμίνες, κουρκουρμίνη και πολλές άλλες φαρμακολογικές ουσίες.
Τα υπερηχητικά συστήματα Hielscher είναι αξιόπιστοι γαλακτωματοποιητές για την παρασκευή νανογαλακτωμάτων με φάρμακα. Για την υπερήχων γαλακτωματοποίηση, Hielscher προσφέρει διάφορα αξεσουάρ για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας γαλακτωματοποίησης. Hielschers MultiPhaseCavitator είναι ένα μοναδικό add-on για υπερήχων κύτταρα ροής, όπου η δεύτερη φάση εγχέεται ως πολύ στενό ρεύμα απευθείας στην υπερηχητική ζώνη hot spot της γαλακτωματοποίησης.

Νανογαλακτώματα ποιότητας τροφίμων

Τα νανογαλακτώματα προσφέρουν διάφορα οφέλη για τη σύνθεση των προϊόντων διατροφής. Τα νανογαλακτώματα παρουσιάζουν καλή σταθερότητα στον βαρυτικό διαχωρισμό, κροκίδωση, συσσωμάτωση και προσφέρουν ελεγχόμενη απελευθέρωση ή / και απορρόφηση λειτουργικών συστατικών λόγω του μικρού μεγέθους σταγονιδίων και της μεγάλης επιφάνειας τους. Επιπλέον, προσφέρουν υψηλή βιοδιαθεσιμότητα δραστικών ενώσεων, η οποία είναι σημαντική για την παροχή θρεπτικών ουσιών και δραστικών ουσιών. Επιπλέον, προσφέρουν καλές ιδιότητες σύνθεσης, καθώς είναι διαφανή ή οπτικά ημιδιαφανή και τα σταγονίδια υπομικρού / νανομεγέθους προκαλούν λεία και κρεμώδη αίσθηση στο στόμα. Ως εκ τούτου, η παραγωγή σταθερών νανογαλακτωμάτων αποτελεί πανταχού παρόν καθήκον για τη βιομηχανία τροφίμων, π.χ. για τη σύνθεση προϊόντων εμπλουτισμένων με βιταμίνες ή λιπαρά οξέα (π.χ. βιταμίνη C, βιταμίνη Ε, ωμέγα-3, ωμέγα-6, ωμέγα-9 που προέρχονται από φυτικούς σπόρους ή ιχθυέλαιο) ή για την παραγωγή αρωματισμένων προϊόντων (π.χ. με αιθέρια έλαια).

Νανομεγέθη κατανομή σταγονιδίων ενός υπερηχητικά διασκορπισμένου νανογαλακτώματος (γαλάκτωμα ελαίου λεβάντας σε νερό). Το γαλάκτωμα προετοιμάστηκε με τον υπερηχητικό καθετήρα UP400St.

Καλλυντικά νανογαλακτώματα

Ειδικά τα νανογαλακτώματα νερού σε έλαιο (W/O) προσφέρουν διάφορα οφέλη για την ενθυλάκωση βιοδραστικής υδρόφιλης ουσίας σε σταγονίδια νανοκλίμακας (σε μονά ή διπλά γαλακτώματα).
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με την επιφανειοδραστική χωρίς σύνθεση καλλυντικών γαλακτωμάτων με υπερήχους!

Πολυμερισμός μικρογαλακτώματος

Υπερήχων υποβοηθούμενος πολυμερισμός miniemulsion εφαρμόζεται σε διάφορες διαδικασίες – Από την ενθυλάκωση ανόργανων σωματιδίων έως τη σύνθεση σωματιδίων λατέξ. Η εφαρμογή υπερήχων ισχύος σε χημικές αντιδράσεις όπως πολυμερισμός, σύνθεση κ.λπ. είναι γνωστή ως sonochemistry.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με Ηχοχημεία, Υπερήχων σύνθεση λατέξ και υπερήχων βροχόπτωση!

σταθεροποίηση γαλακτώματος

Αν και ορισμένα νανογαλακτώματα μπορούν να είναι σταθερά στο ράφι χωρίς τη χρήση επιφανειοδραστικών ουσιών ή γαλακτωματοποιητών λόγω του μεγέθους και της κατανομής των σταγονιδίων σε νανοκλίμακα, άλλα νανογαλακτώματα απαιτούν τη χρήση σταθεροποιητικών παραγόντων για την επίτευξη μακροπρόθεσμης σταθερότητας και βέλτιστης ποιότητας προϊόντος. Η σταθεροποίηση μπορεί να επιτευχθεί με την προσθήκη είτε επιφανειοδραστικών ουσιών (tensids) είτε στερεών σωματιδίων που δρουν ως σταθεροποιητές. Τα γαλακτώματα, τα οποία σταθεροποιούνται από στερεά σωματίδια είναι γνωστά ως γαλακτώματα Pickering. Η λακτόζη, η αλβουμίνη, η λεκιθίνη, η χιτοζάνη, η κυκλοδεξτρίνη, η μαλτοδεξτρίνη, το άμυλο κ.λπ. μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως κολλοειδείς σταθεροποιητές σε γαλακτώματα Pickering. Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα γαλακτώματα Pickering που δημιουργούνται με υπερήχους!
Υπερήχων γαλακτωματοποίηση μπορεί να πραγματοποιηθεί για όλους τους τύπους γαλακτωμάτων. Εάν απαιτείται σταθεροποιητικός παράγοντας για ένα συγκεκριμένο γαλάκτωμα, μπορεί εύκολα να δοκιμαστεί σε μικρή κλίμακα.
Επισημαίνεται ότι η ποσότητα της απαιτούμενης επιφανειοδραστικής ουσίας αυξάνεται με φθίνον μέγεθος σταγονιδίων, δεδομένου ότι ο λόγος επιφάνειας προς όγκο (S/V) για τις σφαίρες δίνεται από τον τύπο: S/V = 3/R. Για παράδειγμα, όσο μικρότερη είναι η διάμετρος ενός σωματιδίου ή σταγονιδίου, τόσο μεγαλύτερη επιφάνεια έχει σε σχέση με τον όγκο του.

Υπερηχητικός εξοπλισμός γαλακτωματοποίησης

Η παραγωγή σταθερών υπομικρο- και νανογαλακτωμάτων απαιτεί ισχυρό εξοπλισμό υπερήχων. Hielscher υπερήχων γαλακτωματοποίηση εξοπλισμού παρέχει πολύ υψηλά πλάτη (μέχρι 200μm για βιομηχανική υπερήχων, υψηλότερα πλάτη κατόπιν αιτήματος) για να δημιουργήσει ένα έντονο ακουστικό πεδίο.
Ωστόσο, για την παραγωγή σταθερών νανογαλακτωμάτων, ο εξοπλισμός υπερήχων ισχύος από μόνος του συχνά δεν επαρκεί. Εκτός από την επαρκή υπερηχητική ισχύ, ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων της διαδικασίας και τα εξελιγμένα εξαρτήματα (όπως sonotrodes, αντιδραστήρες κυττάρων ροής, ψύξη) είναι απαραίτητα για την απόκτηση σταγονιδίων νανομεγέθους και ομοιογενούς διασποράς και των δύο, της υδατικής και της ελαιώδους φάσης μεταξύ τους.
Hielscher MultiPhaseCavitator: Προκειμένου να παράγει ανώτερα γαλακτώματα με πολύ στενή κατανομή σταγονιδίων, η Hielscher έχει αναπτύξει ένα μοναδικό ένθετο κυττάρων ροής – το MultiPhaseCavitator. Με αυτό το ειδικό πρόσθετο κυψελών ροής, η δεύτερη φάση του γαλακτώματος εγχέεται συνεχώς μέσω 48 μικρών σωληνίσκων στη ζώνη σπηλαίωσης. Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει την αξιόπιστη και αποτελεσματική παραγωγή πολύ μικρών σταγονιδίων νανομεγέθους και εξαιρετικά σταθερών γαλακτωμάτων.

Hielscher Υπέρηχοι ειδικεύεται στην παροχή ανώτερων συστημάτων υπερήχων και αξεσουάρ για βέλτιστα αποτελέσματα επεξεργασίας. Η μακροχρόνια εμπειρία μας στην επεξεργασία υπερήχων και η στενή συνεργασία μας με τους πελάτες μας εξασφαλίζει την επιτυχή εφαρμογή των υπερήχων στις γραμμές παραγωγής.
Για αρχικές δοκιμές, ανάπτυξη διαδικασιών και βελτιστοποίηση διαδικασιών, προσφέρουμε ένα πλήρως εξοπλισμένο εργαστήριο διεργασιών και τεχνικό κέντρο.
Επιπλέον, προσφέρουμε σε βάθος συμβουλευτικές υπηρεσίες, την ανάπτυξη προσαρμοσμένων συστημάτων υπερήχων και βαθιά τεχνική υπηρεσία για εγκατάσταση, εκπαίδευση και συντήρηση.