Ultraheli nanoemulgeerimine mikrokapseldamiseks enne pihustuskuivatust
- Toimeainete mikrokapseldamiseks pihustuskuivatuse abil tuleb valmistada peeneteraline stabiilne mikro- või nanoemulsioon.
- Ultraheli emulgeerimine on lihtne ja usaldusväärne meetod stabiilsete mikro- ja nanoemulsioonide valmistamiseks
- Alternatiivse pindaktiivse ainena saab ultraheli emulgeerimisprotsessides toidukvaliteediga stabilisaatoritena kasutada biopolümeere, nagu araabia kummi või WPI.
Kapseldamine
Emulsioonid ja emulsiooni kvaliteet mängivad olulist rolli kapseldusprotsesside, näiteks pihustuskuivatuse abil valmistatud õliste mikroosakeste tõhususes ja stabiilsuses. Emulsiooni stabiilsus, viskoossus, tilkade suurus ja õli/vee suhe on määravad tegurid. Töötlemise ajal, mis algab emulsiooni valmistamisest ja lõpeb pihustuskuivatusega, tuleb kõiki emulsiooni füüsikalisi ja keemilisi omadusi säilitada, et vältida mikroosakeste kvaliteedi halvenemist. Mikrokapseldamise kvaliteet ja emulsioonide stabiilsus on tihedalt seotud ning mõjutavad oluliselt lõplike pulbriliste toodete kvaliteeti. Seetõttu on vajalik usaldusväärne emulgeerimismeetod. Ultraheli emulgeerimine on hästi väljakujunenud tehnoloogia, mida kasutatakse mitmesugustes tööstusharudes kogu maailmas makro-, nano- ja mikroemulsioonide valmistamiseks.
Ultraheli nanoemulsioonid
Suure jõudlusega ultraheli seadmed (sonikaatorid) on toidu-, farmaatsia- ja kosmeetikatööstuse emulgeerimisprotsessides hästi väljakujunenud. Intensiivsete ultraheli lainete rakendamine on tõhus meetod mikromeetriliste või nanomeetriliste tilkadega emulsioonide valmistamiseks. Ultraheli emulgeerimine põhineb kavitatsiooni põhimõttel, kus suure intensiivsusega ultraheli lained ja nende suure kiirusega vedelikujoad nihkavad tilkade pinda, tekitades seeläbi väikesi tilku ja stabiilseid emulsioone.
Emulsioonistabilisaatorid
Ultraheli emulsioone saab stabiliseerida tavapäraste emulgaatoritega (nt polüsorbaat, sorbitaan jne), aga ka biopolümeeridega (nt guarkummi, araabia kummi, WPI jne). Tööstusharud on ära tundnud biopolümeeride suure potentsiaali emulsioonistabilisaatoritena. Eriti toidu-, farmaatsia- ja kosmeetikaemulsioonide puhul võimaldavad biopolümeerid arendada tooteid „puhta“ märgisega. Biopolümeere ja biopolümeerikomplekse on saadaval suurtes kogustes ja toidukvaliteediga. Biopolümeerikompleksid (nt polüsahhariid-valk-kompleksid) on biopolümeeridest paremad, kuna neil on paremad omadused kui kummalgi polümeeril eraldi. Valgust ja polüsahhariidist (= keerukad süsivesikupolümeerid) koosnev biopolümeer pakub mõlema molekuli eeliseid. Valk suurendab pindaktiivsust, nii et saavutatakse pinnakihi suurem küllastumine oluliselt madalamal kontsentratsioonil. Kompleksis olev polüsahhariid vähendab pindpinevust ja seega energiat, mis on vajalik uute pindade tekitamiseks. Seeläbi soodustavad polüsahhariidid väikeste tilkade teket. Biopolümeerikompleks pakub mõlema komponendi parimaid omadusi ja on seetõttu tugev stabilisaator.
UP400St, 400-vatine võimas ultraheli homogenisaator, nanoliposoomide tootmiseks.
Suure jõudlusega ultraheli seadmed
Hielscheri suure jõudlusega ultraheliprotsessorid on kogu maailmas paigaldatud stabiilsete makro-, nano- ja mikroemulsioonide valmistamiseks. Tootevalik ulatub väikestest käeshoitavatest ultraheli laboriseadmetest kuni suure võimsusega tööstuslike ultraheli süsteemideni emulsioonide suurte läbivoolude kommertstootmiseks. Hielscher Ultrasonics pakub teile teie protsessi jaoks sobivaimat ultraheli seadet.
Sisendvõimsust, amplituudi (nihe sonotroodil), temperatuuri ja vooluhulka saab kohandada vastavalt teie koostise nõuetele. Meie tööstuslikud ultraheliprotsessorid suudavad anda väga suuri amplituude. Kuni 200µm amplituude saab hõlpsasti pidevalt kasutada ööpäevaringses 24/7 töös. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid.
Sonikeerimisparameetrite täpne juhtimine ja andmete automaatne salvestamine sisseehitatud SD-kaardile tagavad kõrge töötlemiskvaliteedi ning võimaldavad protsessi standardimist. Kõik meie ultraheliprotsessorid on mõeldud 24/7 tööks täiskoormusel. Töökindlus, vähene hooldusvajadus ja kasutajasõbralikkus on Hielscheri ultraheli seadmete lisaeelised, mis teevad neist teie tootmise tööhobused.
Tarvikud, nagu Hielscheri ainulaadne MultiPhaseCavitator, läbivoolukambri lisand, mis juhib teise faasi kanüülide kaudu otse kavitatsiooni kuumpunkti (vt pilti vasakul), aitavad seadistada optimaalse ultraheli emulgeerimissüsteemi.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheli seadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster: UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Emulsiooni ultraheli abil valmistamine (punane vesi / kollane õli). Mõne sekundi pikkune sonikeerimine muudab eraldiseisvad vee- ja õlifaasid peeneks emulsiooniks.
Suure võimsusega ultraheliprotsessorid laborist pilootmastaabi ja tööstusliku mastaabini.
Kirjandus / viited
- 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
Teadmist väärt faktid
Biopolümeerid emulsioonistabilisaatoritena
Stabilisaatoreid ja pindaktiivseid aineid on vaja enamiku emulsioonide pikaajaliseks stabiliseerimiseks. Biopolümeere, nagu polüsahhariidid ja valgud, kasutatakse laialdaselt funktsionaalsete koostisosadena emulsioonisüsteemides. Biopolümeerid on looduslik emulgaatori tüüp, mis tagavad hea emulsiooni stabiliseerimise tänu oma geelistumis- ja emulgeerimisvõimele. Kuna stabiilsete emulsioonide valmistamine on toiduainete pihustuskuivatuse teel eduka kapseldamise eeltingimus, on biopolümeerid eelistatud stabilisaatoritüüp. Biopolümeere saab stabilisaatoritena kasutada nii eraldi kui ka kombinatsioonis.
Biopolümeerid, nagu araabia kummi ja vadakuvalgu isolaat (WPI), on odavad ja neid saab toidutootmises hõlpsasti töödelda. Araabia kummi on anioonsete süsivesikute ja mõnede valkude segu. Selle tugevalt hargnenud valgud, mis on tihedalt seotud polüsahhariidse struktuuriga, annavad araabia kummile head emulgeerivad omadused. Vadakuvalgu isolaat koosneb globulaarsete valkude segust. Need globulaarsed valgud võivad homogeniseerimise ajal kiiresti adsorbeeruda õlitilkade pinnale, mis soodustab väikeste tilkade teket.
Muud levinud emulgaatoritena kasutatavad biopolümeerid on želatiin, ksantaankummi, tärklis, kaseiin, pektiinid, maltodekstriin, ovalbumiin, naatriumalginaat ja karboksümetüültselluloos jt.
Biopolümeerikompleksid koosnevad kahest või enamast biopolümeerist. Biopolümeerikomplekse saab sünteesida keemilise, ensümaatilise või termilise töötlusega. Kompleksi moodustamine suurendab üldiselt lõpliku biopolümeerikompleksi vastupidavust ja lahustuvust, parandades nende kasutatavust ja stabiilsust. Eriti olulised tegurid emulgeerimisprotsesside jaoks on sellest tulenev kõrgem stabiilsus erinevate temperatuuride, pH ja ioontugevuse suhtes.