Ultrazvuková nanoemulzifikácia na mikroenkapsuláciu pred sušením rozprašovaním
- Na mikroenkapsuláciu účinných látok sušením rozprašovaním je potrebné pripraviť stabilnú mikro- alebo nanoemulziu jemnej veľkosti.
- Ultrazvuková emulgácia je jednoduchá a spoľahlivá technika na výrobu stabilných mikro- a nanoemulzií
- Ako alternatívna povrchovo aktívna látka sa biopolyméry, ako je guma arabi alebo WPI, môžu použiť v ultrazvukových emulgačných procesoch ako potravinárske stabilizátory.
zapuzdrenie
Emulzie a kvalita emulzie zohrávajú významnú úlohu, pokiaľ ide o účinnosť a stabilitu olejových mikročastíc pripravených prostredníctvom enkapsulačných procesov, ako je sušenie rozprašovaním. Stabilita emulzie, viskozita, veľkosť kvapiek a pomer olej/voda sú rozhodujúcimi faktormi. Počas spracovania, ktoré sa začína prípravou emulzie a končí sušením rozprašovaním, musia byť zachované všetky fyzikálne a chemické vlastnosti emulzie, aby sa zabránilo znehodnoteniu mikročastíc. Kvalita mikroenkapsulácie a stabilita emulzií spolu úzko súvisia a výrazne ovplyvňujú kvalitu finálnych práškových produktov. Preto je potrebná spoľahlivá emulgačná technika. Ultrazvuková emulgácia je osvedčená technológia, ktorá sa používa v rôznych priemyselných odvetviach po celom svete na výrobu makro-, nano- a mikroemulzií.
Ultrazvukové nanoemulzie
Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje sú dobre zavedené pre emulgačné procesy v potravinárskom, farmaceutickom a kozmetickom priemysle. Aplikácia intenzívnych ultrazvukových vĺn je účinnou metódou na výrobu emulzií s kvapôčkami mikrónovej alebo nanoveľkosti. Ultrazvuková emulgácia je založená na princípe kavitácie, pri ktorej ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou a ich vysokorýchlostné prúdy kvapaliny spúšťajú kvapôčky’ povrchu, čím sa vytvárajú malé kvapôčky a stabilné emulzie.
Stabilizátory emulzie
Ultrazvukové emulzie je možné stabilizovať pomocou bežných emulgátorov (napr. polysorbát, sorbitan atď.), ale aj pomocou biopolymérov (napr. guarová guma, arabská guma, WPI atď.). Priemyselné odvetvia rozpoznali obrovský potenciál biopolymérov ako stabilizátorov emulzie. Najmä pre potravinárske, farmaceutické a kozmetické emulzie umožňujú biopolyméry vývoj produktov s “čistý” štítok. Biopolyméry a biopolymérne komplexy sú dostupné vo veľkých objemoch a v potravinárskej kvalite. Biopolymérne komplexy (ako sú polysacharid-proteínové komplexy) sú lepšie ako biopolyméry, pretože ponúkajú lepšie vlastnosti ako každý polymér samostatne. Biopolymér zložený z proteínu a polysacharidu (= komplexné sacharidové polyméry) ponúka výhody každej molekuly. Proteín zvyšuje povrchovú aktivitu tak, že sa pri výrazne nižšej koncentrácii dosiahne vyššia nasýtenie povrchovej vrstvy. Polysacharid v komplexe znižuje medzifázové napätie a tým aj energiu potrebnú na vytvorenie nových povrchov. Polysacharidy tak zvyšujú tvorbu malých kvapôčok. Biopolymérny komplex ponúka to najlepšie z oboch zložiek, a preto je silným stabilizátorom.
UP400St, 400 wattový výkonný ultrazvukový homogenizátor, na výrobu nanolipozómov.
Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje
Vysokovýkonné ultrazvukové procesory Hielscher sú inštalované po celom svete na prípravu stabilných makro-, nano- a mikroemulzií. S portfóliom produktov od malých ručných počítačov Ultrazvukové laboratórne prístroje do Vysokovýkonné priemyselné ultrazvukové systémy pre komerčnú výrobu veľkých inline prúdov emulzií vám spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka najvhodnejší ultrazvuk pre váš proces.
Príkon, amplitúda (posun na sonotróde), teplotu a prietok je možné prispôsobiť požiadavkám vašej formulácie. Naše priemyselné ultrazvukové procesory môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy.
Presná kontrola parametrov sonikácie a automatické zaznamenávanie údajov na vstavanú SD kartu zaisťujú vysokú kvalitu spracovania a umožňujú štandardizáciu procesov. Všetky naše ultrazvukové procesory sú navrhnuté pre prevádzku 24/7 pri plnom zaťažení. Robustnosť, nízka údržba a užívateľská prívetivosť sú ďalšími výhodami ultrazvukových prístrojov Hielscher, ktoré z nich robia vášho ťažného koňa vo výrobe.
Príslušenstvo, ako je jedinečný Hielscher Viacfázový kavitátor, vložka prietokovej bunky, ktorá vstrekuje druhú fázu cez kanyly priamo do kavitačného horúceho miesta (pozri obr. vľavo), pomáha nastaviť optimálny ultrazvukový emulgačný systém.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Ultrazvuková príprava emulzie (červená voda / žltý olej). Niekoľko sekúnd sonikácie premení jednotlivé fázy vody / oleja na jemnú emulziu.
Vysokovýkonné ultrazvukové procesory od laboratórneho až po pilotné a priemyselné meradlo.
Literatúra / Referencie
- 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, ktoré stoja za to vedieť
Biopolyméry ako stabilizátory emulzie
Pre väčšinu emulzií sú potrebné stabilizátory a povrchovo aktívne látky, aby boli dlhodobo stabilné. Biopolyméry, ako sú polysacharidy a proteíny, sa široko používajú ako funkčné zložky v emulzných systémoch. Biopolyméry sú prírodným typom emulgačného činidla, ktoré vďaka svojej želírovacej a emulgačnej schopnosti ponúkajú dobrý stabilizačný výkon emulzie. Pretože výroba stabilných emulzií je predpokladom úspešného zapuzdrenia potravinárskych výrobkov rozprašovaním, preferovaným typom stabilizátora sú biopolyméry. Biopolyméry môžu byť použité ako stabilizátory samostatne alebo v kombinácii.
Biopolyméry, ako je arabská guma a srvátkový proteínový izolát (WPI), sú lacné a dajú sa ľahko spracovať pri výrobe potravín. Arabská guma je zmesou aniónových sacharidov a niektorých bielkovín. Jeho vysoko rozvetvené proteíny, ktoré sú úzko spojené s polysacharidovou štruktúrou, dodávajú arabskej gume dobré emulgačné vlastnosti. Srvátkový proteínový izolát je zložený zo zmesi globulárnych proteínov. Tieto globulárne proteíny sa môžu počas homogenizácie rýchlo adsorbovať na povrch kvapiek oleja, čo uľahčuje tvorbu malých kvapôčok.
Ďalšími bežnými biopolymérmi používanými ako emulgátory sú okrem iného želatína, xantánová guma, škrob, kazeín, pektíny, maltodextrín, ovalbumín, alginát sodný a karboxymetylcelulóza.
Biopolymérne komplexy sa skladajú z dvoch alebo viacerých biopolymérov. Biopolymérne komplexy je možné syntetizovať chemickým, enzymatickým alebo tepelným spracovaním. Komplex vo všeobecnosti zvyšuje robustnosť a rozpustnosť finálneho biopolymérneho komplexu, čím zvyšuje jeho použiteľnosť a stabilitu. Najmä výsledná vyššia stabilita vzhľadom na premenlivé teploty, pH a iónovú silu sú dôležitými faktormi pre emulgačné procesy.