Ультразвуковое наноэмульгирование для микрокапсулирования перед распылительной сушкой
- Для микрокапсулирования активных ингредиентов посредством распылительной сушки необходимо приготовить стабильную микро- или наноэмульсию с мелкими каплями.
- Ультразвуковое эмульгирование – простой и надежный метод получения стабильных микро- и наноэмульсий
- В качестве альтернативных поверхностно-активных веществ в процессах ультразвукового эмульгирования можно использовать биополимеры, такие как гуммиарабик или WPI, в качестве стабилизаторов пищевого качества.
Капсулирование
Эмульсии и их качество играют значительную роль в обеспечении эффективности и стабильности масляных микрочастиц, получаемых посредством процессов капсулирования, таких как распылительная сушка. Стабильность эмульсии, вязкость, размер капель и соотношение масла и воды являются решающими факторами. В ходе обработки, которая начинается с приготовления эмульсии и заканчивается распылительной сушкой, все эти физические и химические свойства эмульсии необходимо сохранять, чтобы предотвратить ухудшение качества микрочастиц. Качество микрокапсулирования и стабильность эмульсий тесно связаны и существенно влияют на качество конечных порошкообразных продуктов. Поэтому необходим надежный метод эмульгирования. Ультразвуковое эмульгирование – хорошо зарекомендовавшая себя технология, которая используется в различных отраслях промышленности по всему миру для получения макро-, нано- и микроэмульсий.
Ультразвуковые наноэмульсии
Высокопроизводительные ультразвуковые устройства хорошо зарекомендовали себя в процессах эмульгирования в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Применение интенсивных ультразвуковых волн – эффективный метод получения эмульсий с каплями микронного или наноразмера. Ультразвуковое эмульгирование основано на принципе кавитации, при которой ультразвуковые волны высокой интенсивности и возникающие под их воздействием высокоскоростные струи жидкости оказывают сдвиговое воздействие на поверхность капель, образуя мелкие капли и стабильные эмульсии.
Стабилизаторы эмульсий
Эмульсии, полученные с помощью ультразвука, можно стабилизировать с использованием обычных эмульгаторов (например, полисорбата, сорбитана и т. д.), а также биополимеров (например, гуаровой камеди, гуммиарабика, WPI и т. д.). В промышленности признан огромный потенциал биополимеров в качестве стабилизаторов эмульсий. Особенно в случае пищевых, фармацевтических и косметических эмульсий биополимеры позволяют разрабатывать продукты с «чистой» этикеткой. Биополимеры и биополимерные комплексы доступны в больших объемах и с качеством, соответствующим требованиям к пищевым продуктам. Биополимерные комплексы (такие как полисахаридно-белковые комплексы) превосходят биополимеры, поскольку обладают улучшенными свойствами по сравнению с каждым полимером по отдельности. Биополимер, состоящий из белка и полисахарида (= сложных углеводных полимеров), обеспечивает преимущества каждой молекулы. Белок повышает поверхностную активность, благодаря чему достигается более высокая степень насыщения поверхностного слоя при значительно более низкой концентрации. Полисахарид в составе комплекса снижает межфазное натяжение и тем самым уменьшает энергию, необходимую для образования новых поверхностей. Таким образом, полисахариды способствуют образованию мелких капель. Биополимерный комплекс сочетает лучшие свойства обоих компонентов и поэтому является эффективным стабилизатором.
UP400St, мощный ультразвуковой гомогенизатор мощностью 400 ватт, для производства нанолипосом.
Высокопроизводительные ультразвуковые устройства
Высокопроизводительные ультразвуковые процессоры Hielscher установлены по всему миру для приготовления стабильных макро-, нано- и микроэмульсий. Благодаря ассортименту продукции, включающему оборудование от небольших портативных ультразвуковых лабораторных приборов до мощных промышленных ультразвуковых систем для промышленного производства эмульсий в больших потоках при поточной обработке, Hielscher Ultrasonics предлагает вам ультразвуковое устройство, наиболее подходящее для вашего процесса.
Подводимую мощность, амплитуду (смещение сонотрода), температуру и расход можно регулировать в соответствии с требованиями вашей рецептуры. Наши промышленные ультразвуковые процессоры могут обеспечивать очень высокие амплитуды. Амплитуды до 200µm можно без труда поддерживать непрерывно в режиме 24/7. Для еще более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу.
Точный контроль параметров обработки ультразвуком и автоматическая запись данных на встроенную SD-карту обеспечивают высокое качество обработки и позволяют стандартизировать процесс. Все наши ультразвуковые процессоры рассчитаны на работу в режиме 24/7 при полной нагрузке. Прочность, низкая потребность в техническом обслуживании и удобство использования – дополнительные преимущества ультразвуковых устройств Hielscher, благодаря которым они становятся вашей рабочей лошадкой на производстве.
Такие принадлежности Hielscher, как уникальный MultiphaseCavitator, представляющий собой вставку для проточной ячейки, которая вводит вторую фазу через канюли непосредственно в зону наиболее интенсивной кавитации (см. изображение слева), помогают создать оптимальную систему ультразвукового эмульгирования.
Таблица ниже дает представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых устройств:
| Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 1 до 500mL | от 10 до 200mL/min | UP100H |
| от 10 до 2000mL | от 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| от 0,1 до 20L | от 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| от 10 до 100L | от 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | от 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | больше | кластер из UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Ультразвуковое приготовление эмульсии (красная вода / желтое масло). Несколько секунд обработки ультразвуком превращают отдельные водную и масляную фазы в мелкодисперсную эмульсию.
Мощные ультразвуковые процессоры для лабораторного, пилотного и промышленного масштаба.
Литература / Источники
- 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
Полезные сведения
Биополимеры как стабилизаторы эмульсий
Для большинства эмульсий необходимы стабилизаторы и поверхностно-активные вещества, обеспечивающие их долговременную стабильность. Биополимеры, такие как полисахариды и белки, широко применяются в качестве функциональных ингредиентов в эмульсионных системах. Биополимеры – природные эмульгаторы, которые обеспечивают хорошую стабилизацию эмульсий благодаря своей способности к гелеобразованию и эмульгированию. Поскольку получение стабильных эмульсий является необходимым условием успешного капсулирования пищевых продуктов посредством распылительной сушки, биополимеры являются предпочтительным типом стабилизатора. Биополимеры можно использовать в качестве стабилизаторов как по отдельности, так и в сочетании.
Биополимеры, такие как гуммиарабик и изолят сывороточного белка (WPI), недороги и легко поддаются обработке в пищевом производстве. Гуммиарабик представляет собой смесь анионных углеводов и некоторых белков. Его сильно разветвленные белки, тесно связанные с полисахаридной структурой, придают гуммиарабику хорошие эмульгирующие свойства. Изолят сывороточного белка состоит из смеси глобулярных белков. Эти глобулярные белки могут быстро адсорбироваться на поверхности масляных капель во время гомогенизации, что способствует образованию мелких капель.
К другим распространенным биополимерам, используемым в качестве эмульгаторов, относятся желатин, ксантановая камедь, крахмал, казеин, пектины, мальтодекстрин, овальбумин, альгинат натрия и карбоксиметилцеллюлоза, а также ряд других веществ.
Биополимерные комплексы состоят из двух или более биополимеров. Биополимерные комплексы можно синтезировать посредством химической, ферментативной или термической обработки. Комплексообразование обычно повышает прочность и растворимость конечного биополимерного комплекса, улучшая удобство его применения и стабильность. Особенно важными факторами для процессов эмульгирования являются достигаемая при этом более высокая стабильность при изменении температуры, pH и ионной силы.