Ultrazvučna nanoemulzifikacija za mikrokapsulaciju prije sušenja raspršivanjem
- Kako bi se aktivni sastojci mikrokapsulirali sušenjem raspršivanjem, mora se pripremiti stabilna mikro- ili nanoemulzija fine veličine.
- Ultrazvučna emulgacija je laka i pouzdana tehnika za proizvodnju stabilnih mikro- i nano-emulzija
- Kao alternativna površinski aktivna tvar, biopolimeri kao što su guma arabi ili WPI mogu se koristiti u ultrazvučnim procesima emulgiranja kao stabilizatori za hranu.
enkapsulacija
Emulzije i kvaliteta emulzije igraju značajnu ulogu u pogledu učinkovitosti i stabilnosti uljnih mikročestica pripremljenih procesima kapsuliranja kao što je sušenje raspršivanjem. Stabilnost emulzije, viskoznost, veličina kapljica i omjer ulje/voda ključni su čimbenici. Tijekom obrade, koja počinje pripremom emulzije i završava sušenjem raspršivanjem, moraju se održati sva ta fizikalna i kemijska svojstva emulzije, kako bi se spriječilo propadanje mikročestica. Kvaliteta mikrokapsulacije i stabilnost emulzije usko su povezani i značajno utječu na kvalitetu konačnog praškastog proizvoda. Stoga je potrebna pouzdana tehnika emulgiranja. Ultrazvučna emulgacija dobro je uspostavljena tehnologija koja se koristi u raznim industrijama diljem svijeta za proizvodnju makro-, nano- i mikro-emulzija.
Ultrazvučne nano-emulzije
Ultrazvučni uređaji visokih performansi dobro su uspostavljeni za procese emulgiranja u prehrambenoj, farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji. Primjena intenzivnih ultrazvučnih valova učinkovita je metoda za proizvodnju emulzija s kapljicama mikronske ili nano veličine. Ultrazvučna emulgacija temelji se na principu kavitacije, u kojoj ultrazvučni valovi visokog intenziteta i njegovi tekući mlazevi velike brzine smiču kapljice’ površine, stvarajući male kapljice i stabilne emulzije.
Stabilizatori emulzija
Ultrazvučne emulzije mogu se stabilizirati pomoću konvencionalnih emulgatora (npr. polisorbat, sorbitan itd.), ali i pomoću biopolimera (npr. guar guma, guma arabika, WPI itd.). Industrije su prepoznale ogroman potencijal biopolimera kao stabilizatora emulzija. Osobito za prehrambene, farmaceutske i kozmetičke emulzije, biopolimeri omogućuju razvoj proizvoda s “čist” označiti. Biopolimeri i biopolimerni kompleksi dostupni su u velikim količinama i kvalitete za hranu. Biopolimerni kompleksi (kao što su polisaharid-proteinski kompleksi) su superiorniji od biopolimera budući da nude poboljšana svojstva od svakog polimera zasebno. Biopolimer sastavljen od proteina i polisaharida (= polimeri složenih ugljikohidrata) nudi prednosti svake molekule. Protein povećava površinsku aktivnost tako da se postiže veća zasićenost površinskog sloja pri znatno nižoj koncentraciji. Polisaharid u kompleksu smanjuje međufaznu napetost, a time i energiju potrebnu za stvaranje novih površina. Time polisaharidi pospješuju stvaranje malih kapljica. Kompleks biopolimera nudi najbolje od obje komponente i stoga je snažan stabilizator.
UP400St, snažan ultrazvučni homogenizator od 400 W, za proizvodnju nano-liposoma.
Ultrazvučni uređaji visokih performansi
Hielscherovi ultrazvučni procesori visokih performansi instalirani su diljem svijeta za pripremu stabilnih makro-, nano- i mikroemulzija. S portfeljem proizvoda u rasponu od malih ručnih računala ultrazvučni laboratorijski uređaji do industrijski ultrazvučni sustavi velike snage za komercijalnu proizvodnju velikih inline tokova emulzija, Hielscher Ultrasonics nudi vam najprikladniji ultrasonicator za vaš proces.
Ulazna snaga, amplituda (pomak na sonotrodi), temperatura i brzina protoka mogu se prilagoditi zahtjevima vaše formulacije. Naši industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.
Precizna kontrola nad parametrima ultrazvuka i automatsko snimanje podataka na ugrađenu SD karticu osiguravaju visoku kvalitetu obrade i omogućuju standardizaciju procesa. Svi naši ultrazvučni procesori dizajnirani su za 24/7 rad pod punim opterećenjem. Robusnost, nisko održavanje i lakoća korištenja daljnje su prednosti Hielscherovih ultrazvučnih uređaja, što ih čini vašim radnim konjem u proizvodnji.
Pribor kao što je Hielscher je jedinstven Višefazni kavitator, umetak protočne ćelije koji ubrizgava drugu fazu putem kanila izravno u kavitacijsku vruću točku (vidi sliku lijevo), pomaže u postavljanju optimalnog ultrazvučnog sustava emulgiranja.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučna priprema emulzije (crvena voda / žuto ulje). Nekoliko sekundi sonikacije pretvara odvojene faze vode/ulja u finu emulziju.
Ultrazvučni procesori velike snage od laboratorijskih do pilotskih i industrijskih razmjera.
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
Činjenice koje vrijedi znati
Biopolimeri kao stabilizatori emulzija
Stabilizatori i surfaktanti potrebni su za većinu emulzija kako bi bile dugoročno stabilne. Biopolimeri poput polisaharida i proteina naširoko se koriste kao funkcionalni sastojci u emulzijskim sustavima. Biopolimeri su prirodna vrsta emulgatora koji nude dobru izvedbu stabilizacije emulzije zbog svoje sposobnosti geliranja i emulgiranja. Budući da je proizvodnja stabilnih emulzija preduvjet za uspješnu kapsulaciju putem sušenja raspršivanjem prehrambenih proizvoda, biopolimeri su poželjna vrsta stabilizatora. Biopolimeri se mogu koristiti kao stabilizatori sami ili u kombinaciji.
Biopolimeri kao što su guma arabika i izolat proteina sirutke (WPI) su jeftini i mogu se lako preraditi u proizvodnji hrane. Guma arabika je mješavina anionskih ugljikohidrata i nekih proteina. Njegovi visoko razgranati proteini, koji su usko povezani sa strukturom polisaharida, daju arapskoj gumi dobra svojstva emulgiranja. Izolat proteina sirutke sastoji se od mješavine globularnih proteina. Ti globularni proteini mogu se brzo adsorbirati na površinu kapljica ulja tijekom homogenizacije, što olakšava stvaranje malih kapljica.
Ostali uobičajeni biopolimeri koji se koriste kao emulgatori su želatina, ksantanska guma, škrob, kazein, pektini, maltodekstrin, ovalbumin, natrijev alginat i karboksimetilceluloza među ostalima.
Biopolimerni kompleksi sastoje se od dva ili više biopolimera. Biopolimerni kompleksi mogu se sintetizirati kemijskim, enzimskim ili toplinskim tretmanima. Kompleksiranje općenito povećava robusnost i topljivost konačnog biopolimernog kompleksa, povećavajući njihovu upotrebljivost i stabilnost. Osobito rezultirajuća veća stabilnost u odnosu na različite temperature, pH i ionsku snagu su važni čimbenici za procese emulgiranja.