Ultrasone nano-emulgering voor micro-inkapseling vóór sproeidrogen
- Om actieve ingrediënten via sproeidrogen in te kapselen, moet een stabiele micro- of nano-emulsie van fijne grootte worden bereid.
- Ultrasone emulsificatie is een eenvoudige en betrouwbare techniek om stabiele micro- en nano-emulsies te produceren.
- Als alternatieve oppervlakteactieve stof kunnen biopolymeren zoals Arabische gom of WPI worden gebruikt in ultrasone emulgeerprocessen als voedselveilige stabilisatoren.
inkapseling
Emulsies en de kwaliteit van de emulsie spelen een belangrijke rol bij de efficiëntie en stabiliteit van olieachtige microdeeltjes die worden bereid via inkapselingsprocessen zoals sproeidrogen. Emulsiestabiliteit, viscositeit, druppelgrootte en olie/waterverhouding zijn cruciale factoren. Tijdens het proces, dat begint met de bereiding van de emulsie en eindigt met sproeidrogen, moeten al deze fysische en chemische eigenschappen van de emulsie behouden blijven om achteruitgang van de microdeeltjes te voorkomen. De kwaliteit van de micro-inkapseling en de stabiliteit van de emulsie zijn nauw met elkaar verbonden en beïnvloeden de kwaliteit van de uiteindelijke poedervormige producten aanzienlijk. Daarom is een betrouwbare emulgatietechniek vereist. Ultrasone emulsificatie is een gevestigde technologie die wereldwijd in verschillende industrieën wordt gebruikt om macro-, nano- en micro-emulsies te produceren.
Ultrasone nano-emulsies
Ultrasone apparaten met hoge prestaties zijn een gevestigde waarde voor emulgeerprocessen in de voedings-, farmaceutische en cosmetische industrie. De toepassing van intense ultrasone geluidsgolven is een efficiënte methode om emulsies met druppels van micron- of nanogrootte te produceren. Ultrasone emulsificatie is gebaseerd op het cavitatieprincipe, waarbij ultrasone geluidsgolven met hoge intensiteit en de vloeistofstralen met hoge snelheid de druppels afschuiven.’ oppervlak, waardoor kleine druppeltjes en stabiele emulsies ontstaan.
Stabilisatoren voor emulsies
Ultrasone emulsies kunnen worden gestabiliseerd met conventionele emulgatoren (bijv. polysorbaat, sorbitaan enz.), maar ook met biopolymeren (bijv. guarpitmeel, Arabische gom, WPI enz.). De industrie heeft het enorme potentieel van biopolymeren als emulsiestabilisatoren erkend. Vooral voor emulsies van voedingsmiddelen, farmaceutica en cosmetica maken biopolymeren de ontwikkeling mogelijk van producten met een “schoon” label. Biopolymeren en biopolymeercomplexen zijn beschikbaar in grote volumes en van voedselkwaliteit. Biopolymeercomplexen (zoals polysaccharide-eiwitcomplexen) zijn superieur aan biopolymeren omdat ze betere eigenschappen bieden dan elk polymeer afzonderlijk. Een biopolymeer samengesteld uit een eiwit en een polysaccharide (= complexe koolhydraatpolymeren) biedt de voordelen van elke molecule. Het eiwit verhoogt de oppervlakteactiviteit zodat een hogere verzadiging van de oppervlaktelaag bij een aanzienlijk lagere concentratie wordt verkregen. De polysaccharide in het complex verlaagt de oppervlaktespanning en dus de energie die nodig is om nieuwe oppervlakken te genereren. Daardoor bevorderen polysacchariden de vorming van kleine druppels. Een biopolymeercomplex biedt het beste van beide componenten en is daarom een sterke stabilisator.
UP400St, een 400 watt krachtige ultrasone homogenisator, voor de productie van nanoliposomen.
Ultrasone apparaten met hoge prestaties
Hielscher's hoogwaardige ultrasone processoren worden wereldwijd gebruikt voor de bereiding van stabiele macro-, nano- en micro-emulsies. Met een productportfolio variërend van kleine handheld ultrasone laboratoriumapparaten naar krachtige industriële ultrasone systemen Voor de commerciële productie van grote inline stromen emulsies biedt Hielscher Ultrasonics u de meest geschikte ultrasoonmachine voor uw proces.
Ingevoerd vermogen, amplitude (verplaatsing aan de sonotrode), temperatuur en stroomsnelheid kunnen worden aangepast aan de vereisten van uw formulering. Onze industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden beschikbaar.
Nauwkeurige controle over de sonicatieparameters en automatische gegevensregistratie op een ingebouwde SD-kaart garanderen een hoge verwerkingskwaliteit en maken processtandaardisatie mogelijk. Al onze ultrasoonprocessoren zijn ontworpen voor een 24/7 werking onder volledige belasting. Robuustheid, weinig onderhoud en gebruiksvriendelijkheid zijn verdere voordelen van Hielscher's ultrasoonprocessoren, waardoor ze uw werkpaard in de productie worden.
Accessoires zoals Hielschers unieke MultiPhaseCavitatorEen flowcelinzetstuk dat de tweede fase via canules rechtstreeks in de cavitatiehaard injecteert (zie foto links), helpt bij het opzetten van een optimaal ultrasoon emulgatiesysteem.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Ultrasone bereiding van een emulsie (rood water / gele olie). Enkele seconden van sonicatie veranderen de afzonderlijke water/oliefasen in een fijne emulsie.
Krachtige ultrasone processors van laboratorium- tot pilot- en industriële schaal.
Literatuur / Referenties
- 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
Wetenswaardigheden
Biopolymeren als stabilisatoren voor emulsies
Voor de meeste emulsies zijn stabilisatoren en oppervlakteactieve stoffen nodig om ze langdurig stabiel te maken. Biopolymeren zoals polysacchariden en eiwitten worden veel gebruikt als functionele ingrediënten in emulsiesystemen. Biopolymeren zijn een natuurlijk type emulgator, die een goede emulsiestabiliserende werking hebben door hun gelerende en emulgerende capaciteit. Aangezien de productie van stabiele emulsies een eerste vereiste is voor een succesvolle inkapseling via sproeidrogen van voedingsmiddelen, zijn biopolymeren een voorkeurstype stabilisator. Biopolymeren kunnen alleen of in combinatie als stabilisator worden gebruikt.
Biopolymeren zoals Arabische gom en wei-eiwitisolaat (WPI) zijn goedkoop en kunnen gemakkelijk worden verwerkt in de voedselproductie. Arabische gom is een mengsel van anionische koolhydraten en enkele eiwitten. De sterk vertakte eiwitten, die nauw verbonden zijn met de polysacharidestructuur, geven Arabische gom goede emulgerende eigenschappen. Wei-eiwitisolaat is samengesteld uit een mengsel van bolvormige eiwitten. Die bolvormige eiwitten kunnen tijdens het homogeniseren snel worden geadsorbeerd aan het oppervlak van de oliedruppels, wat de vorming van kleine druppeltjes vergemakkelijkt.
Andere veelgebruikte biopolymeren als emulgatoren zijn onder andere gelatine, xanthaangom, zetmeel, caseïne, pectines, maltodextrine, ovoalbumine, natriumalginaat en carboxymethylcellulose.
Biopolymeercomplexen zijn samengesteld uit twee of meer biopolymeren. Biopolymeercomplexen kunnen worden gesynthetiseerd door chemische, enzymatische of thermische behandelingen. De complexatie verhoogt over het algemeen de robuustheid en oplosbaarheid van het uiteindelijke biopolymeercomplex, waardoor de bruikbaarheid en stabiliteit worden verbeterd. Vooral de resulterende hogere stabiliteit bij verschillende temperaturen, pH en ionensterkte zijn belangrijke factoren voor emulgeerprocessen.