Ultrazvučna nanoemulgacija za mikroenkapsulaciju prije sušenja raspršivanjem
- Za mikroenkapsulaciju aktivnih sastojaka sušenjem raspršivanjem potrebno je pripremiti stabilnu mikroemulziju ili nanoemulziju sa sitnim kapljicama.
- Ultrazvučna emulgacija jednostavna je i pouzdana tehnika za proizvodnju stabilnih mikroemulzija i nanoemulzija
- Biopolimeri poput arapske gume ili WPI-ja mogu se upotrebljavati kao alternativne površinski aktivne tvari u postupcima ultrazvučne emulgacije, gdje služe kao stabilizatori prehrambene kvalitete.
Enkapsulacija
Emulzije i njihova kvaliteta imaju značajnu ulogu u učinkovitosti i stabilnosti uljnih mikročestica pripremljenih postupcima enkapsulacije, poput sušenja raspršivanjem. Stabilnost emulzije, viskoznost, veličina kapljica i omjer ulja i vode ključni su čimbenici. Tijekom obrade, koja započinje pripremom emulzije i završava sušenjem raspršivanjem, sva ta fizikalna i kemijska svojstva emulzije moraju se očuvati kako bi se spriječilo narušavanje kvalitete mikročestica. Kvaliteta mikroenkapsulacije i stabilnost emulzija usko su povezane te značajno utječu na kvalitetu konačnih praškastih proizvoda. Stoga je potrebna pouzdana tehnika emulgacije. Ultrazvučna emulgacija dobro je uhodana tehnologija koja se upotrebljava u raznim industrijama diljem svijeta za proizvodnju makroemulzija, nanoemulzija i mikroemulzija.
Ultrazvučne nanoemulzije
Ultrazvučni uređaji visokih performansi dobro su uhodani u postupcima emulgacije u prehrambenoj, farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji. Primjena intenzivnih ultrazvučnih valova učinkovita je metoda za proizvodnju emulzija s kapljicama mikrometarske ili nanometarske veličine. Ultrazvučna emulgacija temelji se na načelu kavitacije, pri kojoj ultrazvučni valovi visokog intenziteta i njima izazvani mlazovi tekućine velike brzine smično djeluju na površinu kapljica, stvarajući tako male kapljice i stabilne emulzije.
Stabilizatori emulzija
Ultrazvučno pripremljene emulzije mogu se stabilizirati uobičajenim emulgatorima (npr. polisorbatom, sorbitanom itd.), ali i biopolimerima (npr. guar gumom, arapskom gumom, WPI-jem itd.). Industrija je prepoznala golem potencijal biopolimera kao stabilizatora emulzija. Osobito za prehrambene, farmaceutske i kozmetičke emulzije biopolimeri omogućuju razvoj proizvoda s „čistom” deklaracijom. Biopolimeri i biopolimerni kompleksi dostupni su u velikim količinama i u prehrambenoj kvaliteti. Biopolimerni kompleksi (poput kompleksa polisaharida i proteina) nadmašuju biopolimere jer imaju bolja svojstva od svakog polimera zasebno. Biopolimer sastavljen od proteina i polisaharida (= složeni ugljikohidratni polimeri) pruža prednosti svake molekule. Protein povećava površinsku aktivnost tako da se postiže veća zasićenost površinskog sloja pri znatno nižoj koncentraciji. Polisaharid u kompleksu smanjuje međupovršinsku napetost, a time i energiju potrebnu za stvaranje novih površina. Time polisaharidi pospješuju stvaranje malih kapljica. Biopolimerni kompleks pruža najbolje od obiju svojih sastavnica i stoga djeluje kao snažan stabilizator.
UP400St, snažan ultrazvučni homogenizator snage 400 vata, za proizvodnju nanoliposoma.
Ultrazvučni uređaji visokih performansi
Ultrazvučni procesori visokih performansi tvrtke Hielscher instalirani su diljem svijeta za pripremu stabilnih makroemulzija, nanoemulzija i mikroemulzija. Uz portfelj proizvoda koji obuhvaća raspon od malih ručnih ultrazvučnih laboratorijskih uređaja do industrijskih ultrazvučnih sustava velike snage za komercijalnu proizvodnju velikih protoka emulzija u kontinuiranoj linijskoj obradi, Hielscher Ultrasonics nudi vam najprikladniji ultrazvučni uređaj za vaš postupak.
Ulazna snaga, amplituda (pomak na sonotrodi), temperatura i protok mogu se prilagoditi zahtjevima vaše formulacije. Naši industrijski ultrazvučni procesori mogu postići vrlo visoke amplitude. Pri amplitudama do 200µm lako je kontinuirano raditi u režimu 24/7. Za još više amplitude dostupne su ultrazvučne sonotrode izrađene po mjeri.
Precizna kontrola parametara sonikacije i automatsko bilježenje podataka na ugrađenu SD karticu osiguravaju visoku kvalitetu obrade i omogućuju standardizaciju postupka. Svi naši ultrazvučni procesori projektirani su za rad u režimu 24/7 pod punim opterećenjem. Robusnost, mali zahtjevi za održavanjem i jednostavnost uporabe dodatne su prednosti ultrazvučnih uređaja tvrtke Hielscher koje ih čine vašim pouzdanim osloncem u proizvodnji.
Dodatna oprema poput jedinstvenog uređaja tvrtke Hielscher MultiPhaseCavitator, umetka za protočnu ćeliju koji kroz kanile ubrizgava drugu fazu izravno u zonu najintenzivnije kavitacije (vidi sliku lijevo), pomaže uspostaviti optimalan sustav ultrazvučne emulgacije.
Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučna priprema emulzije (crvena voda / žuto ulje). Nekoliko sekundi sonikacije pretvara odvojene faze vode i ulja u finu emulziju.
Ultrazvučni procesori velike snage za laboratorijsko, pilotno i industrijsko mjerilo.
Literatura / Reference
- 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
Korisne činjenice
Biopolimeri kao stabilizatori emulzija
Za većinu emulzija potrebni su stabilizatori i površinski aktivne tvari kako bi se postigla dugotrajna stabilnost. Biopolimeri poput polisaharida i proteina široko se upotrebljavaju kao funkcionalni sastojci u emulzijskim sustavima. Biopolimeri su prirodna vrsta emulgatora koji zahvaljujući sposobnosti geliranja i emulgiranja učinkovito stabiliziraju emulzije. Budući da je proizvodnja stabilnih emulzija preduvjet za uspješnu enkapsulaciju prehrambenih proizvoda sušenjem raspršivanjem, biopolimeri su preferirana vrsta stabilizatora. Biopolimeri se mogu upotrebljavati kao stabilizatori samostalno ili u kombinaciji.
Biopolimeri poput arapske gume i izolata proteina sirutke (WPI) jeftini su i mogu se lako obrađivati u proizvodnji hrane. Arapska guma smjesa je anionskih ugljikohidrata i određenih proteina. Njezini izrazito razgranati proteini, koji su usko povezani s polisaharidnom strukturom, daju arapskoj gumi dobra emulgirajuća svojstva. Izolat proteina sirutke sastoji se od smjese globularnih proteina. Ti se globularni proteini tijekom homogenizacije mogu brzo adsorbirati na površinu kapljica ulja, što olakšava stvaranje malih kapljica.
Ostali uobičajeni biopolimeri koji se upotrebljavaju kao emulgatori uključuju, među ostalima, želatinu, ksantan gumu, škrob, kazein, pektine, maltodekstrin, ovalbumin, natrijev alginat i karboksimetilcelulozu.
Biopolimerni kompleksi sastoje se od dvaju ili više biopolimera. Biopolimerni kompleksi mogu se sintetizirati kemijskim, enzimskim ili toplinskim obradama. Stvaranje kompleksa općenito povećava otpornost i topljivost konačnog biopolimernog kompleksa te poboljšava njegovu uporabljivost i stabilnost. Osobito je tako postignuta veća stabilnost pri promjenama temperature, pH i ionske jakosti važan čimbenik u postupcima emulgacije.