Ultrazvočna nano-emulzifikacija za mikrokapsulacijo pred sušenjem z razprševanjem
- Za mikrokapsulacijo aktivnih sestavin s sušenjem z razprševanjem je treba pripraviti fino stabilno mikro- ali nanoemulzijo.
- Ultrazvočna emulzifikacija je enostavna in zanesljiva tehnika za proizvodnjo stabilnih mikro- in nano-emulzij
- Kot alternativna površinsko aktivna snov se lahko biopolimeri, kot so gumi arabi ali WPI, uporabljajo v ultrazvočnih emulgatorjih kot stabilizatorji za živila.
Inkapsulacijo
Emulzije in kakovost emulzije igrajo pomembno vlogo pri učinkovitosti in stabilnosti oljnih mikrodelcev, pripravljenih s postopki inkapsulacije, kot je sušenje z razprševanjem. Stabilnost emulzije, viskoznost, velikost kapljic in razmerje med oljem in vodo so ključni dejavniki. Med obdelavo, ki se začne s pripravo emulzije in konča s sušenjem z razprševanjem, je treba ohraniti vse tiste fizikalne in kemijske lastnosti emulzije, da se prepreči poslabšanje mikrodelcev. Kakovost mikrokapsulacije in stabilnost emulzij sta tesno povezani in pomembno vplivata na kakovost končnih izdelkov v prahu. Zato je potrebna zanesljiva tehnika emulgiranja. Ultrazvočna emulzifikacija je dobro uveljavljena tehnologija, ki se uporablja v različnih industrijah po vsem svetu za proizvodnjo makro-, nano- in mikro-emulzij.
Ultrazvočne nano-emulzije
Visoko zmogljivi ultrazvočni aparati so dobro uveljavljeni za postopke emulgiranja v živilski, farmacevtski in kozmetični industriji. Uporaba intenzivnih ultrazvočnih valov je učinkovita metoda za proizvodnjo emulzij z mikronskimi ali nano-velikimi kapljicami. Ultrazvočna emulgacija temelji na principu kavitacije, pri kateri ultrazvočni valovi visoke intenzivnosti in njegovi tekoči curki visoke hitrosti strižjo kapljice’ površino, s čimer se ustvarjajo majhne kapljice in stabilne emulzije.
Stabilizatorji emulzije
Ultrazvočne emulzije se lahko stabilizirajo z uporabo običajnih emulgatorjev (npr. polisorbat, sorbitan itd.), Pa tudi z uporabo biopolimerov (npr. guar gumi, arabski gumi, WPI itd.). Industrije so prepoznale ogromen potencial biopolimerov kot stabilizatorjev emulzije. Zlasti za živilske, farmacevtske in kozmetične emulzije biopolimeri omogočajo razvoj izdelkov z “čist” oznaka. Biopolimeri in biopolimerni kompleksi so na voljo v velikih količinah in kakovosti za živila. Biopolimerni kompleksi (kot so polisaharidno-proteinski kompleksi) so boljši od biopolimerov, saj ponujajo izboljšane lastnosti kot vsak polimer zase. Biopolimer, sestavljen iz beljakovine in polisaharida (= kompleksni polimeri ogljikovih hidratov), ponuja prednosti vsake molekule. Beljakovina poveča površinsko aktivnost, tako da dobimo večjo nasičenost površinske plasti pri bistveno nižji koncentraciji. Polisaharid v kompleksu zmanjšuje medfazno napetost in s tem energijo, ki je potrebna za ustvarjanje novih površin. S tem polisaharidi povečajo tvorbo majhnih kapljic. Biopolimerni kompleks ponuja najboljše od obeh komponent in zato naredi močan stabilizator.
UP400St, 400 vatov močan ultrazvočni homogenizator, za proizvodnjo nano-liposomov.
Visoko zmogljivi ultrazvočni aparati
Hielscherjevi visoko zmogljivi ultrazvočni procesorji so nameščeni po vsem svetu za pripravo stabilnih makro-, nano- in mikroemulzij. S portfeljem izdelkov, ki segajo od majhnih ročnih naprav Ultrazvočne laboratorijske naprave k visoko močni industrijski ultrazvočni sistemi za komercialno proizvodnjo velikih inline tokov emulzij vam Hielscher Ultrasonics ponuja najprimernejši ultrazvočni aparat za vaš proces.
Vhodna moč, amplituda (premik na sonotrodi), temperatura in pretok se lahko prilagodijo zahtevam vaše formulacije. Naši industrijski ultrazvočni procesorji lahko zagotovijo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode.
Natančen nadzor nad parametri ultrazvočne obdelave in samodejno beleženje podatkov na vgrajeno kartico SD zagotavljata visoko kakovost obdelave in omogočata standardizacijo procesov. Vsi naši ultrazvočni procesorji so zasnovani za delovanje 24/7 pri polni obremenitvi. Robustnost, nizko vzdrževanje in prijaznost do uporabnika so dodatne prednosti Hielscherjevih ultrazvočnih aparatov, zaradi česar so vaš delovni konj v proizvodnji.
Dodatki, kot je Hielscherjev unikat Večfazni kavitator, vložek pretočne celice, ki vbrizga drugo fazo prek kanil neposredno v kavitacijsko vročo točko (glej sliko levo), pomaga pri vzpostavitvi optimalnega ultrazvočnega emulgacijskega sistema.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Ultrazvočna priprava emulzije (rdeča voda / rumeno olje). Nekaj sekund ultrazvočnega razbijanja spremeni ločene faze vode / olja v fino emulzijo.
Ultrazvočni procesorji visoke moči od laboratorija do pilotnega in industrijskega obsega.
Literatura / Reference
- 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
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Biopolimeri kot stabilizatorji emulzije
Stabilizatorji in površinsko aktivne snovi so potrebni za večino emulzij, da so dolgoročno stabilne. Biopolimeri, kot so polisaharidi in beljakovine, se pogosto uporabljajo kot funkcionalne sestavine v emulzijskih sistemih. Biopolimeri so naravna vrsta emulgatorja, ki zaradi svoje želirne in emulgatorske sposobnosti nudijo dobro stabilizacijo emulzije. Ker je proizvodnja stabilnih emulzij predpogoj za uspešno inkapsulacijo živilskih proizvodov s sušenjem z razprševanjem, so biopolimeri prednostna vrsta stabilizatorja. Biopolimeri se lahko uporabljajo kot stabilizatorji samostojno ali v kombinaciji.
Biopolimeri, kot so arabski gumi in izolat sirotkinih beljakovin (WPI), so poceni in jih je mogoče enostavno predelati v proizvodnji hrane. Arabski gumi je mešanica anionskih ogljikovih hidratov in nekaterih beljakovin. Njegove zelo razvejane beljakovine, ki so tesno povezane s polisaharidno strukturo, dajejo arabski gumi dobre emulgatorske lastnosti. Izolat sirotkinih beljakovin je sestavljen iz mešanice globularnih beljakovin. Te globularne beljakovine se lahko med homogenizacijo hitro adsorbirajo na površino oljnih kapljic, kar olajša nastanek majhnih kapljic.
Drugi pogosti biopolimeri, ki se uporabljajo kot emulgatorji, so med drugim želatina, ksantan gumi, škrob, kazein, pektini, maltodekstrin, ovalbumin, natrijev alginat in karboksimetilceluloza.
Biopolimerni kompleksi so sestavljeni iz dveh ali več biopolimerov. Biopolimerni kompleksi se lahko sintetizirajo s kemično, encimsko ali toplotno obdelavo. Kompleksizacija na splošno poveča robustnost in topnost končnega biopolimernega kompleksa, kar poveča njihovo uporabnost in stabilnost. Zlasti posledična večja stabilnost glede na različne temperature, pH in ionsko moč so pomembni dejavniki za procese emulgiranja.