نانوامولسیون‌سازی فراصوتی برای ریزکپسوله‌سازی پیش از خشک‌کردن پاششی
- برای ریزکپسوله‌سازی مواد مؤثره از طریق خشک‌کردن پاششی، باید یک میکروامولسیون یا نانوامولسیون پایدار با قطرات ریز تهیه شود.
- امولسیون‌سازی فراصوتی روشی آسان و قابل‌اعتماد برای تولید میکروامولسیون‌ها و نانوامولسیون‌های پایدار است
- در فرایندهای امولسیون‌سازی فراصوتی می‌توان از زیست‌پلیمرهایی مانند صمغ عربی یا WPI به‌عنوان جایگزین مواد فعال سطحی و پایدارکننده‌های دارای گرید خوراکی استفاده کرد.
کپسوله‌سازی
امولسیون‌ها و کیفیت آن‌ها نقش مهمی در بازده و پایداری ریزذرات روغنی تهیه‌شده از طریق فرایندهای کپسوله‌سازی، مانند خشک‌کردن پاششی، دارند. پایداری امولسیون، گرانروی، اندازهٔ قطرات و نسبت روغن به آب از عوامل کلیدی هستند. در طول پردازش، که با تهیهٔ امولسیون آغاز می‌شود و با خشک‌کردن پاششی پایان می‌یابد، باید همهٔ این خواص فیزیکی و شیمیایی امولسیون حفظ شوند تا از افت کیفیت ریزذرات جلوگیری شود. کیفیت ریزکپسوله‌سازی و پایداری امولسیون‌ها ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند و به‌طور چشمگیری بر کیفیت محصولات پودری نهایی تأثیر می‌گذارند. بنابراین، به یک روش امولسیون‌سازی قابل‌اعتماد نیاز است. امولسیون‌سازی فراصوتی فناوری جاافتاده‌ای است که در صنایع گوناگون سراسر جهان برای تولید ماکروامولسیون‌ها، نانوامولسیون‌ها و میکروامولسیون‌ها به کار می‌رود.
نانوامولسیون‌های فراصوتی
استفاده از دستگاه‌های فراصوت با عملکرد بالا در فرایندهای امولسیون‌سازی صنایع غذایی، دارویی و آرایشی جا افتاده است. به‌کارگیری امواج فراصوت شدید روشی کارآمد برای تولید امولسیون‌هایی با قطرات در ابعاد میکرونی یا نانویی است. امولسیون‌سازی فراصوتی بر اصل کاویتاسیون استوار است؛ در این پدیده، امواج فراصوت با شدت بالا و جت‌های پرسرعت مایع ناشی از آن، سطح قطرات را تحت برش قرار می‌دهند و در نتیجه قطرات کوچک و امولسیون‌های پایدار ایجاد می‌کنند.
پایدارکننده‌های امولسیون
امولسیون‌های فراصوتی را می‌توان هم با عوامل امولسیون‌کنندهٔ متداول (مانند پلی‌سوربات، سوربیتان و غیره) و هم با زیست‌پلیمرها (مانند صمغ گوار، صمغ عربی، WPI و غیره) پایدار کرد. صنایع به ظرفیت بسیار بالای زیست‌پلیمرها به‌عنوان پایدارکننده‌های امولسیون پی برده‌اند. به‌ویژه در امولسیون‌های غذایی، دارویی و آرایشی، زیست‌پلیمرها امکان توسعهٔ محصولاتی با برچسب «پاک» را فراهم می‌کنند. زیست‌پلیمرها و کمپلکس‌های زیست‌پلیمری در مقادیر زیاد و با گرید خوراکی در دسترس هستند. کمپلکس‌های زیست‌پلیمری (مانند کمپلکس‌های پلی‌ساکارید–پروتئین) نسبت به زیست‌پلیمرها برتری دارند، زیرا خواصی بهتر از هر پلیمر به‌تنهایی ارائه می‌دهند. یک زیست‌پلیمر متشکل از پروتئین و پلی‌ساکارید (= پلیمرهای کربوهیدراتی پیچیده)، مزایای هر مولکول را در خود دارد. پروتئین فعالیت سطحی را افزایش می‌دهد، به‌طوری‌که در غلظتی به‌مراتب کمتر، اشباع بیشتری در لایهٔ سطحی حاصل می‌شود. پلی‌ساکارید موجود در کمپلکس، کشش بین‌سطحی و در نتیجه انرژی لازم برای ایجاد سطوح جدید را کاهش می‌دهد. به این ترتیب، پلی‌ساکاریدها تشکیل قطرات کوچک را تقویت می‌کنند. یک کمپلکس زیست‌پلیمری بهترین ویژگی‌های هر دو جزء خود را ارائه می‌دهد و ازاین‌رو پایدارکننده‌ای قوی است.
UP400St، یک هموژنایزر فراصوتی قدرتمند با توان 400 وات، برای تولید نانولیپوزوم‌ها.
دستگاه‌های فراصوت با عملکرد بالا
پردازشگرهای فراصوتی Hielscher با عملکرد بالا در سراسر جهان برای تهیهٔ ماکروامولسیون‌ها، نانوامولسیون‌ها و میکروامولسیون‌های پایدار نصب شده‌اند. با مجموعه‌ای از محصولات که از مدل‌های کوچک و قابل نگه‌داشتن در دستِ دستگاه‌های فراصوت آزمایشگاهی تا سامانه‌های فراصوت صنعتی پرتوان برای تولید تجاری جریان‌های درون‌خطی امولسیون با حجم بالا را در بر می‌گیرد، Hielscher Ultrasonics مناسب‌ترین دستگاه فراصوت را برای فرایند شما ارائه می‌دهد.
توان ورودی، دامنه (جابه‌جایی در سونوتْرود)، دما و دبی را می‌توان متناسب با نیازهای فرمولاسیون شما تنظیم کرد. پردازشگرهای فراصوتی صنعتی ما می‌توانند دامنه‌های بسیار بالایی ایجاد کنند. کارکرد پیوسته با دامنه‌هایی تا 200µm به‌راحتی در حالت 24/7 امکان‌پذیر است. برای دامنه‌های بالاتر نیز سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی در دسترس هستند.
کنترل دقیق پارامترهای فراصوت‌دهی و ثبت خودکار داده‌ها روی کارت SD داخلی، کیفیت بالای پردازش را تضمین می‌کند و امکان استانداردسازی فرایند را فراهم می‌سازد. همهٔ پردازشگرهای فراصوتی ما برای کارکرد 24/7 با بار کامل طراحی شده‌اند. استحکام، نیاز اندک به نگهداری و سهولت استفاده از دیگر مزایای دستگاه‌های فراصوت Hielscher هستند که آن‌ها را به ابزارهایی قابل‌اتکا برای کار مداوم در تولید شما تبدیل می‌کنند.
تجهیزات جانبی، مانند محصول منحصربه‌فرد Hielscher با نام MultiPhaseCavitator، که یک قطعهٔ داخلی سلول جریان است و فاز دوم را از طریق کانولاها مستقیماً به نقطهٔ داغ کاویتاسیون تزریق می‌کند (تصویر سمت چپ را ببینید)، به راه‌اندازی یک سامانهٔ بهینهٔ امولسیون‌سازی فراصوتی کمک می‌کنند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش دستگاه‌های فراصوت ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
تهیهٔ فراصوتی یک امولسیون (آب قرمز / روغن زرد). چند ثانیه فراصوت‌دهی، فازهای جداگانهٔ آب/روغن را به امولسیونی با قطرات ریز تبدیل می‌کند.
پردازشگرهای فراصوتی پرتوان از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی.
منابع علمی / مراجع
- 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
نکات دانستنی
زیست‌پلیمرها به‌عنوان پایدارکننده‌های امولسیون
بیشتر امولسیون‌ها برای پایداری بلندمدت به پایدارکننده‌ها و مواد فعال سطحی نیاز دارند. زیست‌پلیمرهایی مانند پلی‌ساکاریدها و پروتئین‌ها به‌طور گسترده به‌عنوان ترکیبات دارای نقش عملکردی در سامانه‌های امولسیونی به کار می‌روند. زیست‌پلیمرها نوعی عامل امولسیون‌کنندهٔ طبیعی هستند که به‌دلیل توانایی ژل‌سازی و امولسیون‌سازی خود، عملکرد خوبی در پایدارسازی امولسیون دارند. ازآنجاکه تولید امولسیون‌های پایدار پیش‌نیاز کپسوله‌سازی موفق از طریق خشک‌کردن پاششی محصولات غذایی است، زیست‌پلیمرها از پایدارکننده‌های ترجیحی به شمار می‌روند. زیست‌پلیمرها را می‌توان به‌تنهایی یا به‌صورت ترکیبی به‌عنوان پایدارکننده به کار برد.
زیست‌پلیمرهایی مانند صمغ عربی و ایزولهٔ پروتئین آب‌پنیر (WPI) ارزان هستند و در تولید مواد غذایی به‌راحتی قابل‌فرآوری‌اند. صمغ عربی مخلوطی از کربوهیدرات‌های آنیونی و مقداری پروتئین است. پروتئین‌های بسیار منشعب آن، که پیوند نزدیکی با ساختار پلی‌ساکاریدی دارند، خواص امولسیون‌کنندگی خوبی به صمغ عربی می‌دهند. ایزولهٔ پروتئین آب‌پنیر از مخلوطی از پروتئین‌های کروی تشکیل شده است. این پروتئین‌های کروی می‌توانند طی همگن‌سازی به‌سرعت روی سطح قطرات روغن جذب سطحی شوند و به این ترتیب تشکیل قطرات کوچک را تسهیل کنند.
از دیگر زیست‌پلیمرهای رایج که به‌عنوان عوامل امولسیون‌کننده به کار می‌روند می‌توان به ژلاتین، صمغ زانتان، نشاسته، کازئین، پکتین‌ها، مالتودکسترین، اووالبومین، آلژینات سدیم و کربوکسی‌متیل‌سلولز اشاره کرد.
کمپلکس‌های زیست‌پلیمری از دو یا چند زیست‌پلیمر تشکیل شده‌اند. این کمپلکس‌ها را می‌توان با تیمارهای شیمیایی، آنزیمی یا حرارتی سنتز کرد. تشکیل کمپلکس معمولاً استحکام و حلالیت کمپلکس زیست‌پلیمری نهایی را افزایش می‌دهد و قابلیت استفاده و پایداری آن را بهبود می‌بخشد. به‌ویژه پایداری بیشترِ حاصل در برابر تغییرات دما، pH و قدرت یونی، از عوامل مهم برای فرایندهای امولسیون‌سازی است.