Nano-emulsificazione a ultrasuoni per la microincapsulazione prima dell'essiccazione a spruzzo
- Per microincapsulare i principi attivi mediante nebulizzazione, è necessario preparare una micro- o nanoemulsione stabile e di dimensioni ridotte.
- L'emulsificazione a ultrasuoni è una tecnica facile e affidabile per produrre micro- e nano-emulsioni stabili
- Come tensioattivi alternativi, i biopolimeri come la gomma arabica o la WPI possono essere utilizzati nei processi di emulsione a ultrasuoni come stabilizzatori alimentari.
Incapsulamento
Le emulsioni e la qualità dell'emulsione giocano un ruolo significativo per quanto riguarda l'efficienza e la stabilità delle microparticelle oleose preparate attraverso processi di incapsulamento come l'essiccazione a spruzzo. La stabilità dell'emulsione, la viscosità, la dimensione delle gocce e il rapporto olio/acqua sono fattori cruciali. Durante il processo, che inizia con la preparazione dell'emulsione e termina con l'essiccazione a spruzzo, tutte queste proprietà fisiche e chimiche dell'emulsione devono essere mantenute, per evitare il deterioramento delle microparticelle. La qualità della microincapsulazione e la stabilità delle emulsioni sono strettamente correlate e influenzano in modo significativo la qualità dei prodotti in polvere finali. Pertanto, è necessaria una tecnica di emulsionamento affidabile. L'emulsificazione a ultrasuoni è una tecnologia consolidata, utilizzata in vari settori industriali in tutto il mondo per produrre macro-, nano- e micro-emulsioni.
Nano-emulsioni a ultrasuoni
Gli ultrasuonatori ad alte prestazioni sono ben consolidati per i processi di emulsione nell'industria alimentare, farmaceutica e cosmetica. L'applicazione di onde ultrasonore intense è un metodo efficace per produrre emulsioni con gocce di dimensioni micron o nano. L'emulsificazione a ultrasuoni si basa sul principio della cavitazione, in cui le onde ultrasonore ad alta intensità e i getti di liquido ad alta velocità provocano il taglio delle goccioline.’ superficie, creando così piccole gocce ed emulsioni stabili.
Stabilizzatori di emulsione
Le emulsioni a ultrasuoni possono essere stabilizzate utilizzando agenti emulsionanti convenzionali (ad esempio, polisorbato, sorbitano, ecc.), ma anche biopolimeri (ad esempio, gomma di guar, gomma arabica, WPI, ecc.) Le industrie hanno riconosciuto l'enorme potenziale dei biopolimeri come stabilizzatori di emulsione. Soprattutto per le emulsioni alimentari, farmaceutiche e cosmetiche, i biopolimeri consentono di sviluppare prodotti con un'elevata qualità di conservazione. “pulire” etichetta. I biopolimeri e i complessi di biopolimeri sono disponibili in grandi volumi e di qualità alimentare. I complessi di biopolimeri (come i complessi polisaccaridi-proteine) sono superiori ai biopolimeri in quanto offrono proprietà migliori rispetto a ciascun polimero da solo. Un biopolimero composto da una proteina e da un polisaccaride (= polimeri complessi di carboidrati) offre i vantaggi di ciascuna molecola. La proteina aumenta l'attività superficiale in modo da ottenere una maggiore saturazione dello strato superficiale a 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 favoriscono la formazione di piccole gocce. Un complesso biopolimerico offre il meglio di entrambi i suoi componenti ed è quindi un forte stabilizzatore.
UP400St, un potente omogeneizzatore a ultrasuoni da 400 watt, per la produzione di nano-liposomi.
Ultrasuonatori ad alte prestazioni
I processori a ultrasuoni ad alte prestazioni di Hielscher sono installati in tutto il mondo per la preparazione di macro-, nano- e microemulsioni stabili. Con una gamma di prodotti che va dai piccoli processori portatili dispositivi ad ultrasuoni lab a sistemi industriali a ultrasuoni ad alta potenza per la produzione commerciale di grandi flussi di emulsioni in linea, Hielscher Ultrasonics vi offre l'ultrasuonatore più adatto al vostro processo.
La potenza assorbita, l'ampiezza (spostamento del sonotrodo), la temperatura e la portata possono essere regolate in base ai requisiti della formulazione. I nostri processori industriali a ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora più elevate, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati.
Il controllo preciso dei parametri di sonicazione e la registrazione automatica dei dati su una scheda SD integrata garantiscono un'elevata qualità di lavorazione e consentono la standardizzazione del processo. Tutti i nostri processori a ultrasuoni sono progettati per funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a pieno carico. La robustezza, la bassa manutenzione e la facilità d'uso sono ulteriori vantaggi dei processori a ultrasuoni Hielscher, che li rendono il vostro cavallo di battaglia nella produzione.
Accessori come l'esclusivo Hielscher MultiPhaseCavitatorUn inserto della cella a flusso che inietta la seconda fase tramite cannule direttamente nell'hot-spot cavitazionale (vedi foto a sinistra), aiuta a configurare un sistema di emulsionamento a ultrasuoni ottimale.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
| 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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Preparazione a ultrasuoni di un'emulsione (acqua rossa/olio giallo). Pochi secondi di sonicazione trasformano le fasi separate di acqua e olio in un'emulsione fine.
Processori a ultrasuoni ad alta potenza, dal laboratorio alla 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): 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
Particolarità / Cose da sapere
Biopolimeri come stabilizzatori di emulsioni
Per la maggior parte delle emulsioni sono necessari stabilizzatori e tensioattivi per renderle 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 tipo di agente emulsionante naturale, che offre buone prestazioni di stabilizzazione delle emulsioni grazie alla loro capacità di gelificazione ed emulsione. Poiché la produzione di emulsioni stabili è un prerequisito per il successo dell'incapsulamento dei prodotti alimentari mediante essiccazione a spruzzo, i biopolimeri sono uno dei tipi di stabilizzatori preferiti. I biopolimeri possono essere impiegati come stabilizzanti da soli o in combinazione.
I biopolimeri come la gomma arabica e l'isolato proteico del siero di latte (WPI) sono poco costosi 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 polisaccaridica, conferiscono alla gomma arabica buone proprietà emulsionanti. Le proteine isolate del siero di latte sono composte da una miscela di proteine globulari. Queste proteine globulari possono essere rapidamente adsorbite sulla superficie delle gocce d'olio durante l'omogeneizzazione, facilitando la formazione di piccole gocce.
Altri biopolimeri comuni utilizzati come agenti emulsionanti sono la gelatina, la gomma xantana, l'amido, la caseina, le pectine, la maltodestrina, l'ovoalbumina, l'alginato di sodio e la carbossimetilcellulosa.
I complessi biopolimerici sono composti da due o più biopolimeri. I complessi biopolimerici possono essere sintetizzati mediante trattamenti chimici, enzimatici o termici. La complessazione generalmente aumenta la robustezza e la solubilità del complesso biopolimerico finale, migliorandone l'utilizzabilità e la stabilità. In particolare, la maggiore stabilità che ne deriva rispetto a temperature, pH e forza ionica variabili è un fattore importante per i processi di emulsificazione.