Nanoemulsifikasi Ultrasonik untuk Mikroenkapsulasi sebelum Pengeringan Semprot
- Untuk melakukan mikroenkapsulasi bahan aktif melalui pengeringan semprot, mikroemulsi atau nanoemulsi yang stabil dengan ukuran tetesan halus harus disiapkan.
- Emulsifikasi ultrasonik merupakan teknik yang mudah dan andal untuk menghasilkan mikroemulsi dan nanoemulsi yang stabil
- Sebagai surfaktan alternatif, biopolimer seperti gom arab atau WPI dapat digunakan dalam proses emulsifikasi ultrasonik sebagai penstabil yang memenuhi standar untuk penggunaan pangan.
Enkapsulasi
Emulsi dan kualitas emulsi berperan penting dalam efisiensi dan stabilitas mikropartikel berminyak yang dibuat melalui proses enkapsulasi seperti pengeringan semprot. Stabilitas emulsi, viskositas, ukuran tetesan, dan rasio minyak/air merupakan faktor yang sangat penting. Selama pemrosesan, yang dimulai dengan penyiapan emulsi dan diakhiri dengan pengeringan semprot, seluruh sifat fisik dan kimia emulsi tersebut harus dipertahankan untuk mencegah penurunan kualitas mikropartikel. Kualitas mikroenkapsulasi dan stabilitas emulsi saling berkaitan erat dan sangat memengaruhi kualitas produk bubuk akhir. Oleh karena itu, diperlukan teknik emulsifikasi yang andal. Emulsifikasi ultrasonik merupakan teknologi yang telah mapan dan digunakan di berbagai industri di seluruh dunia untuk menghasilkan makroemulsi, nanoemulsi, dan mikroemulsi.
Nanoemulsi Ultrasonik
Sonikator berkinerja tinggi telah digunakan secara luas untuk proses emulsifikasi dalam industri pangan, farmasi, dan kosmetik. Penerapan gelombang ultrasonik berintensitas tinggi merupakan metode yang efisien untuk menghasilkan emulsi dengan tetesan berukuran mikron atau nano. Emulsifikasi ultrasonik didasarkan pada prinsip kavitasi, ketika gelombang ultrasonik berintensitas tinggi dan pancaran cairan berkecepatan tinggi yang dihasilkannya memberikan gaya geser pada permukaan tetesan, sehingga membentuk tetesan kecil dan emulsi yang stabil.
Penstabil Emulsi
Emulsi ultrasonik dapat distabilkan menggunakan bahan pengemulsi konvensional (misalnya polisorbat, sorbitan, dll.), maupun biopolimer (misalnya gom guar, gom arab, WPI, dll.). Berbagai industri telah mengakui potensi besar biopolimer sebagai penstabil emulsi. Khususnya untuk emulsi pangan, farmasi, dan kosmetik, biopolimer memungkinkan pengembangan produk dengan label “bersih”. Biopolimer dan kompleks biopolimer tersedia dalam volume besar dan dengan kualitas yang memenuhi standar untuk penggunaan pangan. Kompleks biopolimer (seperti kompleks polisakarida-protein) lebih unggul daripada biopolimer karena menawarkan sifat yang lebih baik dibandingkan masing-masing polimer secara terpisah. Biopolimer yang tersusun dari protein dan polisakarida (= polimer karbohidrat kompleks) menawarkan manfaat dari setiap molekul. Protein meningkatkan aktivitas permukaan sehingga kejenuhan lapisan permukaan yang lebih tinggi dapat dicapai pada konsentrasi yang jauh lebih rendah. Polisakarida dalam kompleks mengurangi tegangan antarmuka sehingga mengurangi energi yang diperlukan untuk membentuk permukaan baru. Dengan demikian, polisakarida meningkatkan pembentukan tetesan kecil. Kompleks biopolimer menawarkan keunggulan terbaik dari kedua komponennya sehingga menjadi penstabil yang kuat.
UP400St, homogenizer ultrasonik bertenaga 400 watt, untuk produksi nanoliposom.
Sonikator Berkinerja Tinggi
Prosesor ultrasonik berkinerja tinggi dari Hielscher dipasang di seluruh dunia untuk menyiapkan makroemulsi, nanoemulsi, dan mikroemulsi yang stabil. Dengan portofolio produk mulai dari perangkat ultrasonik laboratorium berukuran kecil yang dapat digenggam hingga sistem ultrasonik industri berdaya tinggi untuk produksi komersial emulsi dalam aliran besar secara inline, Hielscher Ultrasonics menawarkan sonikator yang paling sesuai untuk proses Anda.
Daya masukan, amplitudo (perpindahan pada sonotrode), suhu, dan laju alir dapat disesuaikan dengan kebutuhan formulasi Anda. Prosesor ultrasonik industri kami dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan terus-menerus dalam pengoperasian 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang dibuat sesuai kebutuhan.
Kontrol presisi atas parameter sonikasi dan pencatatan data otomatis pada kartu SD bawaan memastikan kualitas pemrosesan yang tinggi serta memungkinkan standardisasi proses. Semua prosesor ultrasonik kami dirancang untuk pengoperasian 24/7 dengan beban penuh. Ketangguhan, kebutuhan perawatan yang rendah, dan kemudahan penggunaan merupakan keunggulan tambahan sonikator Hielscher, yang menjadikannya perangkat andalan dalam produksi Anda.
Aksesori seperti produk unik Hielscher, MultiPhaseCavitator, berupa sisipan sel alir yang menyuntikkan fase kedua melalui kanula langsung ke titik intensitas kavitasi tertinggi (lihat gambar di sebelah kiri), membantu menyiapkan sistem emulsifikasi ultrasonik yang optimal.
Tabel di bawah ini memberikan gambaran tentang perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami:
| Volume Batch | Laju Alir | Perangkat yang Direkomendasikan |
|---|---|---|
| 1 hingga 500mL | 10 hingga 200mL/min | UP100H |
| 10 hingga 2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 hingga 20L | 0,2 hingga 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 hingga 100L | 2 hingga 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 hingga 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lebih besar | kelompok perangkat UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Penyiapan emulsi secara ultrasonik (air merah / minyak kuning). Sonikasi selama beberapa detik mengubah fase air/minyak yang terpisah menjadi emulsi halus.
Prosesor ultrasonik berdaya tinggi untuk skala laboratorium hingga skala pilot dan industri.
Literatur / Referensi
- 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
Fakta yang Perlu Diketahui
Biopolimer sebagai Penstabil Emulsi
Penstabil dan surfaktan diperlukan untuk sebagian besar emulsi agar tetap stabil dalam jangka panjang. Biopolimer seperti polisakarida dan protein banyak digunakan sebagai bahan fungsional dalam sistem emulsi. Biopolimer merupakan jenis bahan pengemulsi alami yang menawarkan kinerja penstabilan emulsi yang baik berkat kemampuannya membentuk gel dan mengemulsi. Karena produksi emulsi yang stabil merupakan prasyarat keberhasilan enkapsulasi melalui pengeringan semprot produk pangan, biopolimer menjadi jenis penstabil yang diutamakan. Biopolimer dapat digunakan sebagai penstabil secara tersendiri maupun dalam kombinasi.
Biopolimer seperti gom arab dan isolat protein whey (WPI) berbiaya rendah dan dapat dengan mudah diproses dalam produksi pangan. Gom arab merupakan campuran karbohidrat anionik dan beberapa protein. Proteinnya yang sangat bercabang, yang terikat erat pada struktur polisakarida, memberikan sifat pengemulsi yang baik pada gom arab. Isolat protein whey tersusun dari campuran protein globular. Protein globular tersebut dapat dengan cepat teradsorpsi pada permukaan tetesan minyak selama homogenisasi, sehingga memudahkan pembentukan tetesan kecil.
Biopolimer umum lainnya yang digunakan sebagai bahan pengemulsi antara lain gelatin, gom xanthan, pati, kasein, pektin, maltodekstrin, ovalbumin, natrium alginat, dan karboksimetilselulosa.
Kompleks biopolimer tersusun dari dua biopolimer atau lebih. Kompleks biopolimer dapat disintesis melalui perlakuan kimia, enzimatik, atau termal. Pembentukan kompleks umumnya meningkatkan ketangguhan dan kelarutan kompleks biopolimer akhir, sehingga meningkatkan kegunaan dan stabilitasnya. Khususnya, peningkatan stabilitas yang dihasilkan terhadap variasi suhu, pH, dan kekuatan ionik merupakan faktor penting untuk proses emulsifikasi.