Nano-émulsification par ultrasons pour la microencapsulation avant séchage par atomisation
- Pour microencapsuler des ingrédients actifs par séchage par atomisation, il faut préparer une microémulsion ou une nanoémulsion stable à fines gouttelettes.
- L’émulsification par ultrasons est une technique simple et fiable pour produire des microémulsions et des nanoémulsions stables
- Comme alternative aux tensioactifs, des biopolymères tels que la gomme arabique ou le WPI peuvent être utilisés comme stabilisants de qualité alimentaire dans les procédés d’émulsification par ultrasons.
Encapsulation
Les émulsions et leur qualité jouent un rôle important dans l’efficacité et la stabilité des microparticules huileuses préparées par des procédés d’encapsulation tels que le séchage par atomisation. La stabilité de l’émulsion, sa viscosité, la taille des gouttelettes et le rapport huile/eau sont des facteurs essentiels. Au cours du traitement, qui commence par la préparation de l’émulsion et se termine par le séchage par atomisation, toutes ces propriétés physiques et chimiques de l’émulsion doivent être maintenues afin d’éviter une détérioration des microparticules. La qualité de la microencapsulation et la stabilité des émulsions sont étroitement liées et influencent considérablement la qualité des produits finaux en poudre. Une technique d’émulsification fiable est donc nécessaire. L’émulsification par ultrasons est une technologie bien établie, utilisée dans diverses industries à travers le monde pour produire des macroémulsions, des nanoémulsions et des microémulsions.
Nanoémulsions par ultrasons
Les appareils à ultrasons haute performance sont largement utilisés pour les procédés d’émulsification dans les industries alimentaire, pharmaceutique et cosmétique. L’application d’ondes ultrasonores intenses constitue une méthode efficace pour produire des émulsions dont les gouttelettes sont de taille micrométrique ou nanométrique. L’émulsification par ultrasons repose sur le principe de la cavitation, dans laquelle les ondes ultrasonores de haute intensité et les jets de liquide à grande vitesse qu’elle génère exercent un cisaillement sur la surface des gouttelettes, créant ainsi de petites gouttelettes et des émulsions stables.
Stabilisants d’émulsion
Les émulsions produites par ultrasons peuvent être stabilisées à l’aide d’agents émulsifiants classiques (par exemple, polysorbate, sorbitan, etc.), mais aussi de biopolymères (par exemple, gomme de guar, gomme arabique, WPI, etc.). Les industries ont reconnu le potentiel considérable des biopolymères comme stabilisants d’émulsion. En particulier pour les émulsions alimentaires, pharmaceutiques et cosmétiques, les biopolymères permettent de développer des produits à l’étiquetage « propre ». Les biopolymères et les complexes de biopolymères sont disponibles en grandes quantités et en qualité alimentaire. Les complexes de biopolymères (tels que les complexes polysaccharides-protéines) sont supérieurs aux biopolymères, car ils offrent de meilleures propriétés que chaque polymère pris séparément. Un biopolymère composé d’une protéine et d’un polysaccharide (= polymères glucidiques complexes) réunit les avantages de chaque molécule. La protéine augmente l’activité de surface, ce qui permet d’obtenir une saturation plus élevée de la couche superficielle à une concentration nettement plus faible. Le polysaccharide présent dans le complexe réduit la tension interfaciale et donc l’énergie nécessaire pour créer de nouvelles surfaces. Les polysaccharides favorisent ainsi la formation de petites gouttelettes. Un complexe de biopolymères réunit le meilleur de ses deux composants et constitue donc un stabilisant puissant.
UP400St, un puissant homogénéisateur à ultrasons de 400 watts, pour la production de nanoliposomes.
Appareils à ultrasons haute performance
Les processeurs à ultrasons haute performance de Hielscher sont installés dans le monde entier pour préparer des macroémulsions, des nanoémulsions et des microémulsions stables. Avec une gamme de produits allant de petits appareils à ultrasons de laboratoire portatifs à des systèmes à ultrasons industriels de haute puissance pour la production commerciale d’importants flux d’émulsions en ligne, Hielscher Ultrasonics vous propose l’appareil à ultrasons le mieux adapté à votre procédé.
La puissance appliquée, l’amplitude (déplacement au niveau de la sonotrode), la température et le débit peuvent être ajustés aux exigences de votre formulation. Nos processeurs à ultrasons industriels peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent facilement être maintenues en continu en fonctionnement 24/7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasonores sur mesure sont disponibles.
Le contrôle précis des paramètres de sonication et l’enregistrement automatique des données sur une carte SD intégrée garantissent une qualité de traitement élevée et permettent la standardisation du procédé. Tous nos processeurs à ultrasons sont conçus pour fonctionner 24/7 à pleine charge. La robustesse, le faible besoin de maintenance et la facilité d’utilisation sont d’autres avantages des appareils à ultrasons de Hielscher, qui en font vos bêtes de somme en production.
Des accessoires tels que le dispositif unique de Hielscher, le MultiPhaseCavitator, un insert de cellule à circulation qui injecte la seconde phase par des canules directement dans le point chaud de cavitation (voir l’image à gauche), contribuent à la mise en place d’un système optimal d’émulsification par ultrasons.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos appareils à ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 à 20L | 0,2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| s.o. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| s.o. | plus élevé | ensemble de UIP16000 |
Contactez-nous ! / Posez-nous vos questions !
Préparation d’une émulsion par ultrasons (eau rouge / huile jaune). Quelques secondes de sonication transforment les phases eau/huile séparées en une émulsion fine.
Processeurs à ultrasons de haute puissance, de l’échelle du laboratoire à l’échelle pilote et industrielle.
Bibliographie / Références
- 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
Informations utiles
Les biopolymères comme stabilisants d’émulsion
Des stabilisants et des tensioactifs sont nécessaires pour assurer la stabilité à long terme de la plupart des émulsions. Les biopolymères tels que les polysaccharides et les protéines sont largement utilisés comme ingrédients fonctionnels dans les systèmes d’émulsion. Les biopolymères constituent une catégorie naturelle d’agents émulsifiants, qui offrent de bonnes performances de stabilisation des émulsions grâce à leur capacité gélifiante et émulsifiante. La production d’émulsions stables étant une condition préalable à une encapsulation réussie des produits alimentaires par séchage par atomisation, les biopolymères sont des stabilisants privilégiés. Ils peuvent être employés comme stabilisants seuls ou en combinaison.
Les biopolymères tels que la gomme arabique et l’isolat de protéines de lactosérum (WPI) sont peu coûteux et peuvent être facilement mis en œuvre dans la production alimentaire. La gomme arabique est un mélange de glucides anioniques et de certaines protéines. Ses protéines fortement ramifiées, étroitement liées à la structure polysaccharidique, confèrent à la gomme arabique de bonnes propriétés émulsifiantes. L’isolat de protéines de lactosérum est composé d’un mélange de protéines globulaires. Ces protéines globulaires peuvent être rapidement adsorbées à la surface des gouttelettes d’huile pendant l’homogénéisation, ce qui facilite la formation de petites gouttelettes.
Parmi les autres biopolymères couramment utilisés comme agents émulsifiants figurent notamment la gélatine, la gomme xanthane, l’amidon, la caséine, les pectines, la maltodextrine, l’ovalbumine, l’alginate de sodium et la carboxyméthylcellulose.
Les complexes de biopolymères sont composés de deux biopolymères ou plus. Ils peuvent être synthétisés par des traitements chimiques, enzymatiques ou thermiques. La complexation augmente généralement la robustesse et la solubilité du complexe de biopolymères final, améliorant ainsi sa facilité d’utilisation et sa stabilité. En particulier, la stabilité accrue qui en résulte face aux variations de température, de pH et de force ionique constitue un facteur important pour les procédés d’émulsification.