Ultrazvočna nanoemulgacija za mikrokapsulacijo pred sušenjem z razprševanjem
- Za mikrokapsulacijo učinkovin s sušenjem z razprševanjem je treba pripraviti stabilno mikro- ali nanoemulzijo z drobnimi kapljicami.
- Ultrazvočna emulgacija je preprosta in zanesljiva tehnika za pripravo stabilnih mikro- in nanoemulzij
- Pri postopkih ultrazvočne emulgacije se lahko kot alternativne površinsko aktivne snovi uporabljajo biopolimeri, kot sta arabski gumi ali WPI, ki delujejo kot stabilizatorji živilske kakovosti.
Enkapsulacija
Emulzije in njihova kakovost imajo pomembno vlogo pri učinkovitosti in stabilnosti oljnih mikrodelcev, pripravljenih s postopki enkapsulacije, 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 te fizikalne in kemijske lastnosti emulzije, da se prepreči poslabšanje kakovosti mikrodelcev. Kakovost mikrokapsulacije in stabilnost emulzij sta tesno povezani in pomembno vplivata na kakovost končnih izdelkov v prahu. Zato je potrebna zanesljiva tehnika emulgacije. Ultrazvočna emulgacija je dobro uveljavljena tehnologija, ki se v različnih industrijskih panogah po vsem svetu uporablja za pripravo makro-, nano- in mikroemulzij.
Ultrazvočne nanoemulzije
Visokozmogljivi ultrazvočni procesorji so dobro uveljavljeni pri postopkih emulgacije v živilski, farmacevtski in kozmetični industriji. Uporaba intenzivnih ultrazvočnih valov je učinkovita metoda za pripravo emulzij s kapljicami mikrometrske ali nanometrske velikosti. Ultrazvočna emulgacija temelji na načelu kavitacije, pri kateri ultrazvočni valovi visoke intenzivnosti in z njimi povezani tekočinski curki visoke hitrosti povzročajo strig na površini kapljic, s čimer nastanejo majhne kapljice in stabilne emulzije.
Stabilizatorji emulzij
Ultrazvočno pripravljene emulzije je mogoče stabilizirati z običajnimi emulgatorji (npr. polisorbatom, sorbitanom itd.), pa tudi z biopolimeri (npr. guar gumijem, arabskim gumijem, WPI itd.). Industrijske panoge so prepoznale ogromen potencial biopolimerov kot stabilizatorjev emulzij. Zlasti pri živilskih, farmacevtskih in kozmetičnih emulzijah biopolimeri omogočajo razvoj izdelkov s »čisto« deklaracijo. Biopolimeri in biopolimerni kompleksi so na voljo v velikih količinah in v živilski kakovosti. Biopolimerni kompleksi (kot so polisaharidno-beljakovinski kompleksi) so boljši od biopolimerov, saj imajo boljše lastnosti kot vsak posamezen polimer. Biopolimer, sestavljen iz beljakovine in polisaharida (= kompleksni polimeri ogljikovih hidratov), združuje prednosti obeh molekul. Beljakovina poveča površinsko aktivnost, tako da se pri znatno nižji koncentraciji doseže večja nasičenost površinske plasti. Polisaharid v kompleksu zmanjša medfazno napetost in s tem energijo, potrebno za nastanek novih površin. Polisaharidi tako spodbujajo nastajanje majhnih kapljic. Biopolimerni kompleks združuje najboljše lastnosti obeh sestavin in je zato močan stabilizator.
UP400St, zmogljiv ultrazvočni homogenizator z močjo 400 vatov, za proizvodnjo nanoliposomov.
Visokozmogljivi ultrazvočni procesorji
Visokozmogljivi ultrazvočni procesorji Hielscher so nameščeni po vsem svetu za pripravo stabilnih makro-, nano- in mikroemulzij. S ponudbo izdelkov, ki sega od majhnih ročnih ultrazvočnih laboratorijskih naprav do industrijskih ultrazvočnih sistemov velike moči za komercialno proizvodnjo velikih tokov emulzij v pretočnih procesih, vam Hielscher Ultrasonics ponuja najprimernejši ultrazvočni procesor za vaš postopek.
Dovedeno moč, amplitudo (pomik sonotrode), temperaturo in pretok je mogoče prilagoditi zahtevam vaše formulacije. Naši industrijski ultrazvočni procesorji lahko dosegajo zelo visoke amplitude. Pri amplitudah do 200µm lahko brez težav neprekinjeno delujejo v režimu 24/7. Za še višje amplitude so na voljo ultrazvočne sonotrode, izdelane po meri.
Natančen nadzor parametrov sonikacije in samodejno zapisovanje podatkov na vgrajeno kartico SD zagotavljata visoko kakovost obdelave in omogočata standardizacijo postopka. Vsi naši ultrazvočni procesorji so zasnovani za delovanje v režimu 24/7 pri polni obremenitvi. Robustnost, majhne potrebe po vzdrževanju in prijaznost do uporabnika so dodatne prednosti ultrazvočnih procesorjev Hielscher, zaradi katerih so zanesljiva opora v vaši proizvodnji.
Dodatki, kot je edinstveni izdelek podjetja Hielscher MultiPhaseCavitator, vstavek za pretočno celico, ki skozi kanile vbrizgava drugo fazo neposredno v območje najintenzivnejše kavitacije (glejte sliko levo), pomagajo vzpostaviti optimalen sistem za ultrazvočno emulgacijo.
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih procesorjev:
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | večji | sklop naprav UIP16000 |
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Ultrazvočna priprava emulzije (rdeča voda / rumeno olje). Nekaj sekund sonikacije spremeni ločeni fazi vode in olja v fino emulzijo.
Ultrazvočni procesorji velike moči za laboratorijsko, pilotno in industrijsko merilo.
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
Koristna dejstva
Biopolimeri kot stabilizatorji emulzij
Za dolgotrajno stabilnost večine emulzij so potrebni stabilizatorji in površinsko aktivne snovi. Biopolimeri, kot so polisaharidi in beljakovine, se pogosto uporabljajo kot funkcionalne sestavine v emulzijskih sistemih. Biopolimeri so naravna vrsta emulgatorjev, ki zaradi svoje sposobnosti želiranja in emulgiranja učinkovito stabilizirajo emulzije. Ker je priprava stabilnih emulzij predpogoj za uspešno enkapsulacijo živilskih izdelkov s sušenjem z razprševanjem, so biopolimeri prednostna vrsta stabilizatorjev. Biopolimeri se lahko uporabljajo kot stabilizatorji samostojno ali v kombinaciji.
Biopolimeri, kot sta arabski gumi in izolat sirotkinih beljakovin (WPI), so poceni in jih je mogoče preprosto obdelovati pri proizvodnji živil. Arabski gumi je mešanica anionskih ogljikovih hidratov in nekaterih beljakovin. Njegove močno razvejane beljakovine, ki so tesno povezane s polisaharidno strukturo, dajejo arabskemu gumiju dobre emulgirne 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 nastajanje 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. Biopolimerne komplekse je mogoče sintetizirati s kemijsko, encimsko ali toplotno obdelavo. Tvorba kompleksov na splošno poveča robustnost in topnost končnega biopolimernega kompleksa ter izboljša njegovo uporabnost in stabilnost. Zlasti večja stabilnost, dosežena pri različnih temperaturah, vrednostih pH in ionskih jakostih, je pomemben dejavnik pri postopkih emulgacije.