Ultrazvuková nanoemulgácia na mikroenkapsuláciu pred sušením rozprašovaním
- Na mikroenkapsuláciu účinných látok sušením rozprašovaním sa musí pripraviť stabilná mikroemulzia alebo nanoemulzia s jemnými kvapôčkami.
- Ultrazvuková emulgácia je jednoduchá a spoľahlivá technika na výrobu stabilných mikroemulzií a nanoemulzií
- Ako alternatívne povrchovo aktívne látky možno pri ultrazvukovej emulgácii použiť biopolyméry, ako sú arabská guma alebo WPI, ktoré slúžia ako stabilizátory potravinárskej kvality.
Enkapsulácia
Emulzie a ich kvalita zohrávajú významnú úlohu pri účinnosti a stabilite olejových mikročastíc pripravených enkapsulačnými procesmi, ako je sušenie rozprašovaním. Stabilita emulzie, viskozita, veľkosť kvapôčok a pomer oleja k vode sú rozhodujúce faktory. Počas spracovania, ktoré sa začína prípravou emulzie a končí sa sušením rozprašovaním, sa musia zachovať všetky tieto fyzikálne a chemické vlastnosti emulzie, aby sa zabránilo zhoršeniu kvality mikročastíc. Kvalita mikroenkapsulácie a stabilita emulzií úzko súvisia a významne ovplyvňujú kvalitu konečných práškových produktov. Preto je potrebná spoľahlivá emulgačná technika. Ultrazvuková emulgácia je osvedčená technológia, ktorá sa používa v rôznych priemyselných odvetviach na celom svete na výrobu makroemulzií, nanoemulzií a mikroemulzií.
Ultrazvukové nanoemulzie
Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje sú osvedčeným riešením emulgačných procesov v potravinárskom, farmaceutickom a kozmetickom priemysle. Aplikácia intenzívnych ultrazvukových vĺn je účinnou metódou výroby emulzií s kvapôčkami mikrometrovej alebo nanometrovej veľkosti. Ultrazvuková emulgácia je založená na princípe kavitácie, pri ktorej ultrazvukové vlny vysokej intenzity a nimi vyvolané vysokorýchlostné prúdy kvapaliny pôsobia šmykom na povrch kvapôčok, čím vytvárajú malé kvapôčky a stabilné emulzie.
Stabilizátory emulzií
Ultrazvukové emulzie možno stabilizovať pomocou bežných emulgátorov (napr. polysorbátu, sorbitánu atď.), ale aj pomocou biopolymérov (napr. guarovej gumy, arabskej gumy, WPI atď.). Priemyselné odvetvia rozpoznali obrovský potenciál biopolymérov ako stabilizátorov emulzií. Najmä v prípade potravinárskych, farmaceutických a kozmetických emulzií umožňujú biopolyméry vývoj produktov s „čistou“ etiketou. Biopolyméry a biopolymérne komplexy sú dostupné vo veľkých množstvách a v potravinárskej kvalite. Biopolymérne komplexy (napríklad polysacharidovo-proteínové komplexy) sú lepšie ako biopolyméry, pretože ponúkajú lepšie vlastnosti než každý polymér samostatne. Biopolymér zložený z proteínu a polysacharidu (= komplexných sacharidových polymérov) ponúka výhody každej molekuly. Proteín zvyšuje povrchovú aktivitu, takže sa dosahuje vyššie nasýtenie povrchovej vrstvy pri výrazne nižšej koncentrácii. Polysacharid v komplexe znižuje medzifázové napätie, a tým aj energiu potrebnú na vytvorenie nových povrchov. Polysacharidy tak podporujú tvorbu malých kvapôčok. Biopolymérny komplex ponúka to najlepšie z oboch svojich zložiek, a preto je účinným stabilizátorom.
UP400St, výkonný ultrazvukový homogenizátor s výkonom 400 wattov, na výrobu nanolipozómov.
Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje
Vysokovýkonné ultrazvukové procesory spoločnosti Hielscher sú inštalované po celom svete na prípravu stabilných makroemulzií, nanoemulzií a mikroemulzií. Vďaka produktovému portfóliu od malých ručných laboratórnych ultrazvukových prístrojov až po priemyselné ultrazvukové systémy s vysokým výkonom na komerčnú výrobu veľkých prúdov emulzií v prietokovom režime vám Hielscher Ultrasonics ponúka najvhodnejší ultrazvukový prístroj pre váš proces.
Privádzaný výkon, amplitúdu (výchylku sonotródy), teplotu a prietok možno prispôsobiť požiadavkám vášho zloženia. Naše priemyselné ultrazvukové procesory dokážu dosahovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200µm možno bez problémov nepretržite udržiavať v prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru.
Presné riadenie parametrov sonikácie a automatické zaznamenávanie údajov na zabudovanú SD kartu zabezpečujú vysokú kvalitu spracovania a umožňujú štandardizáciu procesu. Všetky naše ultrazvukové procesory sú navrhnuté na prevádzku 24/7 pri plnom zaťažení. Robustnosť, nízke nároky na údržbu a jednoduché používanie sú ďalšími výhodami ultrazvukových prístrojov spoločnosti Hielscher, vďaka ktorým sú spoľahlivými pomocníkmi vo výrobe.
Príslušenstvo, ako je jedinečný MultiPhaseCavitator spoločnosti Hielscher, vložka do prietokovej cely, ktorá vstrekuje druhú fázu cez kanyly priamo do oblasti najintenzívnejšej kavitácie (pozri obrázok vľavo), pomáha zostaviť optimálny systém ultrazvukovej emulgácie.
Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad o približnej kapacite spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané prístroje |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | vyšší | zostava prístrojov UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Spýtajte sa nás!
Ultrazvuková príprava emulzie (červená voda / žltý olej). Niekoľko sekúnd sonikácie premení oddelené fázy vody a oleja na jemnú emulziu.
Ultrazvukové procesory s vysokým výkonom od laboratórnej cez poloprevádzkovú až po priemyselnú mierku.
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
Užitočné informácie
Biopolyméry ako stabilizátory emulzií
Väčšina emulzií vyžaduje stabilizátory a povrchovo aktívne látky na zabezpečenie dlhodobej stability. Biopolyméry, ako sú polysacharidy a proteíny, sa v emulzných systémoch široko používajú ako funkčné zložky. Biopolyméry sú prírodným typom emulgátorov, ktoré vďaka svojej schopnosti tvoriť gély a emulgovať poskytujú dobrú stabilizáciu emulzií. Keďže výroba stabilných emulzií je predpokladom úspešnej enkapsulácie potravinárskych produktov sušením rozprašovaním, biopolyméry sú preferovaným typom stabilizátora. Biopolyméry možno používať ako stabilizátory samostatne alebo v kombinácii.
Biopolyméry, ako sú arabská guma a srvátkový proteínový izolát (WPI), sú cenovo dostupné a pri výrobe potravín sa dajú ľahko spracovať. Arabská guma je zmesou aniónových sacharidov a niektorých proteínov. Jej vysoko rozvetvené proteíny, ktoré sú úzko spojené s polysacharidovou štruktúrou, dodávajú arabskej gume dobré emulgačné vlastnosti. Srvátkový proteínový izolát pozostáva zo zmesi globulárnych proteínov. Tieto globulárne proteíny sa môžu počas homogenizácie rýchlo adsorbovať na povrch olejových kvapôčok, čo uľahčuje tvorbu malých kvapôčok.
Medzi ďalšie bežné biopolyméry používané ako emulgátory patria 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 možno syntetizovať chemickým, enzymatickým alebo tepelným spracovaním. Tvorba komplexov vo všeobecnosti zvyšuje odolnosť a rozpustnosť výsledného biopolymérneho komplexu, čím zlepšuje jeho využiteľnosť a stabilitu. Najmä výsledná vyššia stabilita pri meniacich sa teplotách, pH a iónovej sile je dôležitým faktorom pri emulgačných procesoch.