Nano-émulsification ultrasonique pour la microencapsulation avant le séchage par pulvérisation
- Pour microencapsuler des ingrédients actifs par séchage par atomisation, il faut préparer une micro ou nanoémulsion stable de taille fine.
- L'émulsification par ultrasons est une technique facile et fiable pour produire des micro- et nano-émulsions stables.
- En tant que tensioactifs alternatifs, les biopolymères tels que la gomme arabique ou le WPI peuvent être utilisés dans les processus d'émulsification par ultrasons en tant que stabilisateurs de qualité alimentaire.
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 pulvérisation. La stabilité de l'émulsion, la viscosité, la taille des gouttelettes et le rapport huile/eau sont des facteurs cruciaux. Pendant le 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 en poudre finaux. Par conséquent, une technique d'émulsification fiable est nécessaire. L'émulsification par ultrasons est une technologie bien établie, utilisée dans diverses industries à travers le monde pour produire des macro-, nano- et micro-émulsions.
Nano-émulsions ultrasoniques
Les ultrasons à haute performance sont bien connus pour les processus d'émulsification dans l'industrie alimentaire, pharmaceutique et cosmétique. L'application d'ondes ultrasonores intenses est une méthode efficace pour produire des émulsions avec des gouttelettes de taille micrométrique ou nanométrique. L'émulsification par ultrasons est basée sur le principe de la cavitation, dans lequel les ondes ultrasonores de haute intensité et les jets de liquide à grande vitesse cisaillent les gouttelettes.’ La surface de l'eau est alors plus lisse, créant ainsi de petites gouttelettes et des émulsions stables.
Stabilisateurs d'émulsion
Les émulsions ultrasoniques peuvent être stabilisées à l'aide d'agents émulsifiants conventionnels (polysorbate, sorbitane, etc.), mais aussi à l'aide de biopolymères (gomme de guar, gomme arabique, WPI, etc.). Les industries ont reconnu l'énorme potentiel des biopolymères en tant que stabilisateurs d'émulsion. En particulier pour les émulsions alimentaires, pharmaceutiques et cosmétiques, les biopolymères permettent de développer des produits avec une teneur en eau plus élevée. “propre” étiquette. Les biopolymères et les complexes de biopolymères sont disponibles en grandes quantités et de qualité alimentaire. Les complexes de biopolymères (tels que les complexes polysaccharides-protéines) sont supérieurs aux biopolymères car ils offrent des propriétés supérieures à celles de chaque polymère pris isolément. Un biopolymère composé d'une protéine et d'un polysaccharide (= polymères glucidiques complexes) offre les avantages de chaque molécule. La protéine augmente l'activité de la surface, ce qui permet d'obtenir une plus grande saturation de la couche superficielle à une concentration nettement plus faible. Le polysaccharide dans le complexe réduit la tension interfaciale et donc l'énergie nécessaire pour générer de nouvelles surfaces. Les polysaccharides favorisent ainsi la formation de petites gouttelettes. Un complexe de biopolymères offre le meilleur de ses deux composants et constitue donc un stabilisateur puissant.
UP400St, un puissant homogénéisateur à ultrasons de 400 watts, pour la production de nano-liposomes.
Ultrasons à haute performance
Les processeurs ultrasoniques haute performance de Hielscher sont installés dans le monde entier pour la préparation de macro-, nano- et microémulsions stables. Avec une gamme de produits allant des petits appareils portatifs appareils de laboratoire à ultrasons à systèmes ultrasoniques industriels de grande puissance Pour la production commerciale de grands flux d'émulsions en ligne, Hielscher Ultrasonics vous propose l'ultrasoniseur le mieux adapté à votre processus.
La puissance absorbée, l'amplitude (déplacement au niveau de la sonotrode), la température et le débit peuvent être adaptés aux exigences de votre formulation. Nos processeurs ultrasoniques industriels peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement exploitées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées 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 processus. Tous nos processeurs à ultrasons sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 à pleine charge. La robustesse, le peu d'entretien et la facilité d'utilisation sont d'autres avantages des appareils à ultrasons de Hielscher, qui en font votre cheval de bataille en production.
Des accessoires tels que l'appareil unique de Hielscher Cavitateur multiphaseLa mise en place d'un système d'émulsification ultrasonique optimal est facilitée par l'utilisation d'un insert de cellule d'écoulement qui injecte la seconde phase via des canules directement dans le point chaud de la cavitation (voir image de gauche).
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs 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 |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
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Préparation par ultrasons d'une émulsion (eau rouge / huile jaune). Quelques secondes de sonication transforment les phases eau/huile séparées en une fine émulsion.
Processeurs ultrasoniques de grande puissance, du laboratoire à l'échelle pilote et industrielle.
Littérature / 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
Qu'il faut savoir
Les biopolymères comme stabilisateurs d'émulsion
La plupart des émulsions nécessitent des stabilisateurs et des surfactants pour les rendre stables à long terme. Les biopolymères tels que les polysaccharides et les protéines sont largement utilisés comme ingrédients fonctionnels dans les systèmes d'émulsion. Les biopolymères sont un type naturel d'agent émulsifiant, qui offre une bonne performance de stabilisation des émulsions grâce à leur capacité de gélification et d'émulsification. La production d'émulsions stables étant une condition préalable à l'encapsulation réussie de produits alimentaires par séchage par atomisation, les biopolymères sont un type de stabilisateur privilégié. Les biopolymères peuvent être utilisés 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 transformés dans la production alimentaire. La gomme arabique est un mélange d'hydrates de carbone anioniques et de quelques protéines. Ses protéines hautement ramifiées, qui sont étroitement liées à la structure des polysaccharides, lui confèrent 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.
D'autres biopolymères couramment utilisés comme agents émulsifiants sont, entre autres, 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 ou plusieurs biopolymères. Les complexes de biopolymères 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 son utilisation et sa stabilité. En particulier, la stabilité accrue qui en résulte en ce qui concerne les variations de température, de pH et de force ionique est un facteur important pour les processus d'émulsification.