Ultradźwiękowe nanoemulgowanie do mikroenkapsulacji przed suszeniem rozpyłowym
- Aby przeprowadzić mikroenkapsulację składników aktywnych przez suszenie rozpyłowe, należy przygotować stabilną mikroemulsję lub nanoemulsję o małych rozmiarach kropli.
- Emulgowanie ultradźwiękowe jest prostą i niezawodną techniką wytwarzania stabilnych mikroemulsji i nanoemulsji
- Jako alternatywne środki powierzchniowo czynne w procesach emulgowania ultradźwiękowego można stosować biopolimery, takie jak guma arabska lub WPI, pełniące funkcję stabilizatorów jakości spożywczej.
Enkapsulacja
Emulsje i ich jakość odgrywają istotną rolę w zapewnianiu efektywności wytwarzania i stabilności olejowych mikrocząstek otrzymywanych w procesach enkapsulacji, takich jak suszenie rozpyłowe. Stabilność emulsji, lepkość, wielkość kropli oraz stosunek oleju do wody są kluczowymi czynnikami. Podczas przetwarzania, które rozpoczyna się przygotowaniem emulsji i kończy suszeniem rozpyłowym, należy zachować wszystkie te właściwości fizyczne i chemiczne emulsji, aby zapobiec pogorszeniu jakości mikrocząstek. Jakość mikroenkapsulacji i stabilność emulsji są ściśle powiązane i znacząco wpływają na jakość końcowych produktów w postaci proszku. Dlatego wymagana jest niezawodna technika emulgowania. Emulgowanie ultradźwiękowe jest ugruntowaną technologią stosowaną w różnych branżach na całym świecie do wytwarzania makroemulsji, nanoemulsji i mikroemulsji.
Nanoemulsje wytwarzane ultradźwiękowo
Sonikatory o wysokiej wydajności mają ugruntowaną pozycję w procesach emulgowania w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i kosmetycznym. Zastosowanie intensywnych fal ultradźwiękowych jest skuteczną metodą wytwarzania emulsji z kroplami o rozmiarach mikrometrowych lub nanometrowych. Emulgowanie ultradźwiękowe opiera się na zjawisku kawitacji, w którym fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności i powstające w wyniku ich działania strumienie cieczy o dużej prędkości wywołują ścinanie powierzchni kropli, tworząc w ten sposób małe krople i stabilne emulsje.
Stabilizatory emulsji
Emulsje wytwarzane ultradźwiękowo można stabilizować za pomocą konwencjonalnych emulgatorów (np. polisorbatu, sorbitanu itp.), a także biopolimerów (np. gumy guar, gumy arabskiej, WPI itp.). Przemysł dostrzegł ogromny potencjał biopolimerów jako stabilizatorów emulsji. Szczególnie w przypadku emulsji spożywczych, farmaceutycznych i kosmetycznych biopolimery umożliwiają opracowywanie produktów z „czystą” etykietą. Biopolimery i kompleksy biopolimerowe są dostępne w dużych ilościach i w jakości spożywczej. Kompleksy biopolimerowe (takie jak kompleksy polisacharydowo-białkowe) przewyższają biopolimery, ponieważ oferują lepsze właściwości niż każdy z polimerów osobno. Biopolimer złożony z białka i polisacharydu (= złożonych polimerów węglowodanowych) oferuje korzyści wynikające z właściwości każdej z tych cząsteczek. Białko zwiększa aktywność powierzchniową, dzięki czemu uzyskuje się wyższe nasycenie warstwy powierzchniowej przy znacznie niższym stężeniu. Polisacharyd w kompleksie zmniejsza napięcie międzyfazowe, a tym samym energię potrzebną do tworzenia nowych powierzchni. W ten sposób polisacharydy sprzyjają powstawaniu małych kropli. Kompleks biopolimerowy łączy najlepsze właściwości obu swoich składników i dlatego jest silnym stabilizatorem.
UP400St, wydajny homogenizator ultradźwiękowy o mocy 400 watów, do produkcji nanoliposomów.
Sonikatory o wysokiej wydajności
Procesory ultradźwiękowe Hielscher o wysokiej wydajności są instalowane na całym świecie do przygotowywania stabilnych makroemulsji, nanoemulsji i mikroemulsji. Dzięki ofercie produktów obejmującej urządzenia od niewielkich ręcznych laboratoryjnych urządzeń ultradźwiękowych po przemysłowe systemy ultradźwiękowe o dużej mocy do komercyjnej produkcji emulsji w dużych strumieniach przepływowych, Hielscher Ultrasonics oferuje sonikator najlepiej dopasowany do danego procesu.
Dostarczaną moc, amplitudę (przemieszczenie sonotrody), temperaturę i natężenie przepływu można dostosować do wymagań danej formulacji. Nasze przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą osiągać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200µm można z łatwością utrzymywać w ciągłej pracy 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe wykonywane na zamówienie.
Precyzyjna kontrola parametrów sonikacji i automatyczny zapis danych na wbudowanej karcie SD zapewniają wysoką jakość przetwarzania i umożliwiają standaryzację procesu. Wszystkie nasze procesory ultradźwiękowe są przeznaczone do pracy 24/7 pod pełnym obciążeniem. Solidność, niewielkie wymagania konserwacyjne i łatwość obsługi to kolejne zalety sonikatorów Hielscher, dzięki którym stanowią one niezawodne urządzenia do intensywnej pracy produkcyjnej.
Akcesoria, takie jak unikatowy produkt firmy Hielscher MultiPhaseCavitator, wkład do komory przepływowej, który wprowadza drugą fazę przez kaniule bezpośrednio do obszaru najintensywniejszej kawitacji (patrz zdjęcie po lewej), pomagają skonfigurować optymalny system emulgowania ultradźwiękowego.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 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. | większe | zespół urządzeń UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Ultradźwiękowe przygotowanie emulsji (czerwona woda / żółty olej). Kilka sekund sonikacji przekształca oddzielne fazy wodną i olejową w emulsję o drobnych kroplach.
Procesory ultradźwiękowe o dużej mocy do zastosowań w skali laboratoryjnej, pilotażowej i przemysłowej.
Literatura / Źródła
- 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
Fakty, które warto znać
Biopolimery jako stabilizatory emulsji
Większość emulsji wymaga stabilizatorów i środków powierzchniowo czynnych, aby zachować długotrwałą stabilność. Biopolimery, takie jak polisacharydy i białka, są szeroko stosowane jako składniki funkcjonalne w układach emulsyjnych. Biopolimery są naturalnymi emulgatorami, które dzięki zdolności do żelowania i emulgowania zapewniają dobrą stabilizację emulsji. Ponieważ wytworzenie stabilnych emulsji jest warunkiem skutecznej enkapsulacji produktów spożywczych przez suszenie rozpyłowe, biopolimery są preferowanym rodzajem stabilizatorów. Biopolimery można stosować jako stabilizatory samodzielnie lub w połączeniu.
Biopolimery, takie jak guma arabska i izolat białka serwatkowego (WPI), są niedrogie i można je łatwo przetwarzać w produkcji żywności. Guma arabska jest mieszaniną anionowych węglowodanów i pewnych białek. Jej silnie rozgałęzione białka, ściśle związane ze strukturą polisacharydową, nadają gumie arabskiej dobre właściwości emulgujące. Izolat białka serwatkowego składa się z mieszaniny białek globularnych. Te białka globularne mogą szybko adsorbować się na powierzchni kropli oleju podczas homogenizacji, co ułatwia powstawanie małych kropli.
Inne powszechnie stosowane biopolimery pełniące funkcję emulgatorów to między innymi żelatyna, guma ksantanowa, skrobia, kazeina, pektyny, maltodekstryna, owoalbumina, alginian sodu i karboksymetyloceluloza.
Kompleksy biopolimerowe składają się z dwóch lub większej liczby biopolimerów. Kompleksy biopolimerowe można syntetyzować poprzez obróbkę chemiczną, enzymatyczną lub termiczną. Kompleksowanie na ogół zwiększa wytrzymałość i rozpuszczalność końcowego kompleksu biopolimerowego, poprawiając jego przydatność i stabilność. Szczególnie uzyskana w ten sposób wyższa stabilność przy zmieniających się temperaturach, pH i sile jonowej stanowi ważny czynnik w procesach emulgowania.