Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Nano-emulsificazione ad ultrasuoni per la microincapsulazione prima dell'asciugatura a spruzzo

  • Per microincapsulare i principi attivi mediante essiccazione spray, deve essere preparata una micro o nanoemulsione stabile e di piccole dimensioni.
  • L'emulsificazione ad ultrasuoni è una tecnica facile e affidabile per produrre micro e nanoemulsioni stabili.
  • Come tensioattivo alternativo, i biopolimeri come la gomma arabi o WPI possono essere utilizzati nei processi di emulsificazione ad ultrasuoni come stabilizzanti alimentari.

 

Incapsulamento

Le emulsioni e la qualità delle emulsioni giocano un ruolo significativo per quanto riguarda l'efficienza e la stabilità delle microparticelle oleose preparate mediante processi di incapsulamento come l'essiccazione a spruzzo. Stabilità dell'emulsione, viscosità, dimensione delle gocce e rapporto olio/acqua sono fattori cruciali. Durante la lavorazione, che inizia con la preparazione dell'emulsione e termina con l'essiccazione a spruzzo, devono essere mantenute tutte quelle proprietà fisiche e chimiche dell'emulsione, al fine di evitare un deterioramento delle microparticelle. La qualità della microincapsulazione e la stabilità delle emulsioni sono strettamente correlate e influenzano in modo significativo la qualità dei prodotti finali in polvere. Pertanto, è necessaria una tecnica di emulsificazione affidabile. L'emulsificazione ad ultrasuoni è una tecnologia consolidata, che viene utilizzata in varie industrie in tutto il mondo per produrre macro, nano e microemulsioni.

Emulsificazione ad ultrasuoni

Nano-emulsioni ad ultrasuoni

Gli ultrasuoni ad alte prestazioni sono ben noti per i processi di emulsificazione nell'industria alimentare, farmaceutica e cosmetica. L'applicazione di intense onde ultrasoniche è un metodo efficace per produrre emulsioni con goccioline di dimensioni micron o nanometriche. L'emulsificazione ad ultrasuoni si basa sul principio della cavitazione, in cui le onde ultrasoniche ad alta intensità e i suoi getti liquidi ad alta velocità tagliano le goccioline.’ superficie, creando così piccole gocce ed emulsioni stabili.

Stabilizzanti per emulsione

Le emulsioni ad ultrasuoni possono essere stabilizzate con emulsionanti convenzionali (es. polisorbato, sorbitano, ecc.), ma anche con biopolimeri (es. gomma di guar, gomma arabica, WPI, ecc.). Le industrie hanno riconosciuto l'enorme potenziale dei biopolimeri come stabilizzatori di emulsione. Specialmente per le emulsioni alimentari, farmaceutiche e cosmetiche, i biopolimeri consentono lo sviluppo di prodotti con una “pulito” etichetta. I biopolimeri e i complessi di biopolimeri sono disponibili in grandi volumi e di qualità alimentare. I complessi di biopolimeri (come i complessi polisaccaride-proteine) sono superiori ai biopolimeri in quanto offrono proprietà migliori di ogni singolo polimero. Un biopolimero composto da una proteina e un polisaccaride (= polimeri di carboidrati complessi) offre i benefici di ogni molecola. La proteina aumenta l'attività superficiale in modo da ottenere una maggiore saturazione dello strato superficiale ad una concentrazione significativamente inferiore. Il polisaccaride nel complesso riduce la tensione interfacciale e quindi l'energia necessaria per generare nuove superfici. In questo modo, i polisaccaridi aumentano la formazione di piccole gocce. Un complesso di biopolimeri offre il meglio di entrambi i suoi componenti e costituisce quindi un forte stabilizzatore.

La sonicazione è una tecnica consolidata per preparare le nanoemulsioni.

Emulsificazione ad ultrasuoni

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Ultrasuoni ad alte prestazioni

I processori ad ultrasuoni ad alte prestazioni di Hielscher sono installati in tutto il mondo per la preparazione di macro, nano e microemulsioni stabili. Con un portafoglio di prodotti che va dal piccolo palmare dispositivi ad ultrasuoni lab a sistemi ad ultrasuoni industriali ad alta potenza per la produzione commerciale di grandi flussi di emulsioni in linea, Hielscher Ultrasonics vi offre l'ultrasuoni più adatto al vostro processo.
La potenza assorbita, l'ampiezza (spostamento al sonotrodo), la temperatura e la portata possono essere adattate ai requisiti della vostra formulazione. I nostri processori ad ultrasuoni industriali sono in grado di fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200µm possono essere facilmente gestite ininterrottamente in funzionamento 24/7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi ad ultrasuoni personalizzati.
InsertMPC48 con 48 cannule fini, che iniettano la seconda fase dell'emulsione direttamente nella zona di cavitazione ultrasonica.Precise control over the sonication parameters and automatic data recording on an built-in SD-card ensure high processing quality and allow for process standardisation. All our ultrasonic processors are designed for the 24/7 operation under full load. Robustness, low maintenance and user-friendliness are further advantages of Hielscher’s ultrasonicators, which makes them your work-horse in production.
Accessori come l'esclusivo Hielscher's unique MultiPhaseCavitatorun inserto di cella di flusso che inietta la seconda fase tramite cannule direttamente nel punto caldo cavitazionale (vedi foto a sinistra), aiuta a configurare un sistema ottimale di emulsificazione ad ultrasuoni.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
1 - 500mL 10 - 200mL/min UP100H
10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

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Emulsificazione ad ultrasuoni con Hielscher UP200Ht e sonotrodo S26d14

Preparazione ad ultrasuoni di un'emulsione (acqua rossa / olio giallo). Pochi secondi di sonicazione trasformano le diverse fasi di acqua/olio in un'emulsione fine.


Hielscher Ultrasonics produce ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni geochimiche.

Processori ad ultrasuoni ad alta potenza da laboratorio a scala pilota e industriale.

Letteratura/riferimenti

  • 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): Stabilità dell'emulsione di olio essenziale di calce preparato con biopolimeri e trattamento ad ultrasuoni. International Journal of Food Properties Vol.20, No.S1, 2017. 564-579.
  • Maphosa, Yvonne; Jideani, Victoria A. (2018): Fattori che influenzano la stabilità delle emulsioni stabilizzate dai biopolimeri. Dentro: Scienza e tecnologia dietro le nanoemulsioni (a cura di Selcan Karakuş). 2018


Particolarità / Cose da sapere

Biopolimeri come stabilizzatori di emulsione

Stabilizzanti e tensioattivi sono necessari per la maggior parte delle emulsioni per renderli stabili a lungo termine. I biopolimeri come i polisaccaridi e le proteine sono ampiamente utilizzati come ingredienti funzionali nei sistemi di emulsione. I biopolimeri sono un agente emulsionante di tipo naturale che, grazie alla loro capacità gelificante ed emulsionante, offrono una buona prestazione stabilizzante dell'emulsione. Poiché la produzione di emulsioni stabili è un prerequisito per un efficace incapsulamento mediante essiccazione spray di prodotti alimentari, i biopolimeri sono un tipo di stabilizzante preferito. I biopolimeri possono essere utilizzati come stabilizzanti da soli o in combinazione.
I biopolimeri come la gomma arabica e l'isolato proteico del siero di latte (WPI) sono economici e possono essere facilmente lavorati nella produzione alimentare. La gomma arabica è una miscela di carboidrati anionici e alcune proteine. Le sue proteine altamente ramificate, strettamente legate alla struttura dei polisaccaridi, conferiscono alla gomma arabica buone proprietà emulsionanti. L'isolato di proteine del siero di latte è composto da una miscela di proteine globulari. Queste proteine globulari possono essere rapidamente assorbite sulla superficie delle gocce d'olio durante l'omogeneizzazione, facilitando la formazione di piccole gocce.
Altri biopolimeri comuni utilizzati come emulsionanti sono, tra gli altri, gelatina, gomma di xantano, amido, caseina, pectine, maltodestrina, ovoalbumina, alginato di sodio e carbossimetilcellulosa.
I complessi di biopolimeri sono composti da due o più biopolimeri. I complessi di biopolimeri possono essere sintetizzati con trattamenti chimici, enzimatici o termici. La complessazione generalmente aumenta la robustezza e la solubilità del complesso biopolimero finale, migliorandone l'usabilità e la stabilità. In particolare la conseguente maggiore stabilità rispetto alle variazioni di temperatura, pH e forza ionica sono fattori importanti per i processi di emulsificazione.