Prodhimi me ultratinguj i nanoemulsioneve të qëndrueshme

• Nanoemulsionet – të njohura edhe si miniemulsione ose emulsione nënmikronike – përdoren në një gamë të gjerë zbatimesh në kimi, bojëra, veshje, kozmetikë, farmaceutikë dhe ushqime.
• Pajisjet me ultratinguj njihen si një teknikë shumë efikase dhe e besueshme për prodhimin e nanoemulsioneve me qëndrueshmëri afatgjatë.

Pse të përdoren ultratingujt për nanoemulsifikim

Nanoemulsifikimi me ultratinguj është një teknikë që përdor valë ultratingujsh me frekuencë të ulët dhe fuqi të lartë për të krijuar emulsione të qëndrueshme dhe uniforme me pikëza të imëta, zakonisht në intervalin 10–200 nm. Kjo teknikë ka disa përparësi ndaj metodave tradicionale të emulsifikimit, të cilat e bëjnë atë superiore në zbatime të ndryshme. Disa nga këto përparësi janë:

• Madhësi uniforme e grimcave: Nanoemulsifikimi me ultratinguj prodhon pikëza të vogla dhe uniforme, të cilat ofrojnë qëndrueshmëri dhe biodisponueshmëri më të mirë. Këto pikëza kanë një raport të lartë të sipërfaqes ndaj vëllimit, gjë që i bën më reaktive dhe më efektive në zbatime të ndryshme.
• Qëndrueshmëri e lartë: Nanoemulsionet e prodhuara me ultratinguj kanë qëndrueshmëri të lartë kinetike për shkak të madhësisë së tyre të vogël dhe uniformitetit, gjë që i bën rezistente ndaj koaleshencës, flokulimit dhe sedimentimit. Kjo qëndrueshmëri i bën ideale për përdorim në ushqime, produkte farmaceutike dhe zbatime kozmetike e kimike.
• Konsum i reduktuar i energjisë: Nanoemulsifikimi me ultratinguj kërkon më pak energji hyrëse sesa metodat tradicionale të emulsifikimit, si homogjenizimi ose mikrofluidizimi, duke e bërë atë më efikas në përdorimin e energjisë dhe më ekonomik.
• Shumëanshmëri: Nanoemulsifikimi me ultratinguj mund të përdoret për të emulsifikuar një gamë të gjerë materialesh, përfshirë lipidet, përbërjet hidrofile dhe substancat e patretshme në ujë. Kjo e bën atë një teknikë të gjithanshme që mund të përdoret në zbatime të ndryshme.
  Kohë e shkurtër përpunimi: Nanoemulsifikimi me ultratinguj është një proces i shpejtë që mund të përfundojë brenda pak minutash, duke e bërë të përshtatshëm për prodhim në shkallë të gjerë.

Në përgjithësi, nanoemulsifikimi me ultratinguj ofron disa përparësi ndaj metodave tradicionale të emulsifikimit, duke e bërë atë një teknikë superiore për zbatime të ndryshme.
 

Formimi i nanoemulsioneve me ultratinguj

Emulsifikimi me ultratinguj shkaktohet nga çiftimi i valëve të ultratingujve me fuqi të lartë me një sistem të lëngshëm. Gjatë trajtimit të një lëngu me ultratinguj, ndodhin dy mekanizma:

1. Fusha akustike gjeneron valë që përhapen nëpër lëng dhe shkaktojnë mikroturbulenca dhe lëvizje ndërfaqësore. Kështu, faza kufitare bëhet e paqëndrueshme, në mënyrë që faza e disperguar (e brendshme) përfundimisht copëtohet dhe formon pikëza në fazën e vazhdueshme (të jashtme).
2. Përdorimi i ultratingujve me frekuencë të ulët dhe fuqi të lartë gjeneron kavitacion (Kentish et al. 2008). Nga kavitacioni me ultratinguj, në mjedis formohen mikroflluska ose zgavra për shkak të cikleve të presionit të valës së ultratingullit. Mikroflluskat / zgavrat rriten gjatë disa cikleve të valës derisa shemben vrullshëm. Ky implozion i flluskave shkakton kushte ekstreme lokale, si sforcime prerëse shumë të larta, rryma të vrullshme lëngu dhe shpejtësi ekstreme të ngrohjes dhe ftohjes. (Suslick 1999).

Këto forca ekstreme i copëtojnë pikëzat fillestare të fazës së disperguar (të brendshme) në pikëza me përmasa nanometrike dhe i përziejnë në mënyrë homogjene në fazën e vazhdueshme (të jashtme).
Lexoni këtu më shumë rreth efekteve të kavitacionit me ultratinguj në emulsifikim!

Nanoemulsionet farmaceutike

Miniemulsionet lipidike – të prodhuara me ultratinguj – përdoren gjerësisht si bartës të agjentëve farmakologjikë në formulimet farmaceutike. Për shembull, miniemulsionet mund të veprojnë si bartës parenteralë të barnave ose si sisteme për dërgimin e barnave në indet e synuara. Përveç biodisponueshmërisë së lartë të përbërjeve aktive të kapsuluara, përparësitë e miniemulsioneve qëndrojnë në biopërputhshmërinë, biodegradueshmërinë dhe qëndrueshmërinë e tyre të lartë, si dhe në lehtësinë e prodhimit në shkallë të gjerë. Falë vetive të tyre strukturore, ato mund të përfshijnë si molekula hidrofobe, ashtu edhe molekula amfipatike. Nanoemulsionet e përgatitura me ultratinguj janë ngarkuar me tokoferole, vitamina, kurkumin dhe shumë substanca të tjera farmakologjike.
Sistemet ultrasonike të Hielscher janë emulgues të besueshëm për përgatitjen e nanoemulsioneve të ngarkuara me barna. Për emulsifikimin me ultratinguj, Hielscher ofron aksesorë të ndryshëm për të optimizuar procesin e emulsifikimit. MultiPhaseCavitator i Hielscher është një shtesë unike për qelizat ultrasonike të rrjedhjes, ku faza e dytë injektohet si një rrymë shumë e ngushtë drejtpërdrejt në zonën e intensitetit të lartë ultrasonik të emulsifikimit.

Nanoemulsione të përshtatshme për përdorim ushqimor

Nanoemulsionet ofrojnë përfitime të ndryshme për formulimin e produkteve ushqimore. Nanoemulsionet shfaqin qëndrueshmëri të mirë ndaj ndarjes gravitacionale, flokulimit dhe koaleshencës, si dhe ofrojnë çlirim dhe/ose përthithje të kontrolluar të përbërësve funksionalë falë madhësisë së vogël të pikëzave dhe sipërfaqes së tyre të madhe. Gjithashtu, ato ofrojnë biodisponueshmëri të lartë të përbërjeve aktive, gjë që është e rëndësishme për dërgimin e lëndëve ushqyese dhe substancave aktive. Për më tepër, ato ofrojnë veti të mira për formulim, pasi janë transparente ose të tejdukshme në pamje dhe pikëzat e tyre me madhësi nënmikronike / nanometrike krijojnë një ndjesi të lëmuar dhe kremoze në gojë. Kështu, prodhimi i nanoemulsioneve të qëndrueshme është një detyrë e kudogjendur në industrinë ushqimore, p.sh. për të formuluar produkte të pasuruara me vitamina ose acide yndyrore (p.sh. vitaminë C, vitaminë E omega-3, omega-6, omega-9 të përftuara nga farat e bimëve ose vaji i peshkut) ose për të prodhuar produkte të aromatizuara (p.sh. me vajra esencialë).

Shpërndarja e madhësisë së pikëzave nanometrike të një nanoemulsioni të disperguar me ultratinguj (emulsion i vajit të livandës në ujë). Emulsioni u përgatit me sondën ultrasonike UP400St.

Nanoemulsione kozmetike

Veçanërisht nanoemulsionet ujë në vaj (W/O) ofrojnë përfitime të ndryshme për kapsulimin e substancës hidrofile bioaktive në pikëza nanometrike (në emulsione të thjeshta ose të dyfishta).
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth formulimit të emulsioneve kozmetike pa surfaktantë me ultratinguj!

Polimerizimi në miniemulsion

Polimerizimi në miniemulsion i asistuar me ultratinguj zbatohet në procese të ndryshme – nga kapsulimi i grimcave inorganike deri te sinteza e grimcave të lateksit. Zbatimi i ultratingujve me fuqi të lartë në reaksione kimike si polimerizimi, sinteza etj. njihet si sonokimi.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth sonokimisë, sintezës së lateksit me ultratinguj dhe precipitimit me ultratinguj!

Stabilizimi i emulsioneve

Megjithëse disa nanoemulsione mund të mbeten të qëndrueshme gjatë ruajtjes pa përdorur asnjë surfaktant ose emulgues falë madhësisë nanometrike dhe shpërndarjes së pikëzave, nanoemulsione të tjera kërkojnë përdorimin e agjentëve stabilizues për të arritur qëndrueshmëri afatgjatë dhe cilësi optimale të produktit. Stabilizimi mund të realizohet duke shtuar ose surfaktantë (tenside), ose grimca të ngurta që veprojnë si stabilizues. Emulsionet që stabilizohen nga grimca të ngurta njihen si emulsione Pickering. Laktoza, albumina, lecitina, kitozani, ciklodekstrina, maltodekstrina, niseshteja etj. mund të përdoren si stabilizues koloidalë në emulsionet Pickering. Klikoni këtu për të mësuar më shumë rreth emulsioneve Pickering të krijuara me ultratinguj!
Emulsifikimi me ultratinguj mund të kryhet për të gjitha llojet e emulsioneve. Nëse nevojitet një agjent stabilizues për një emulsion të caktuar, kjo mund të testohet lehtësisht në shkallë të vogël.
Ju lutemi vini re se sasia e nevojshme e surfaktantit rritet me zvogëlimin e madhësisë së pikëzave, pasi raporti i sipërfaqes ndaj vëllimit (S/V) për sferat jepet nga: S/V = 3/R. Për shembull, sa më i vogël të jetë diametri i një grimce ose pikëze, aq më e madhe është sipërfaqja e saj në raport me vëllimin.

Pajisje për emulsifikim me ultratinguj

Prodhimi i emulsioneve të qëndrueshme nënmikronike dhe nanoemulsioneve të qëndrueshme kërkon pajisje të fuqishme me ultratinguj. Pajisjet e Hielscher për emulsifikim me ultratinguj ofrojnë amplituda shumë të larta (deri në 200µm për sonikatorët industrialë, amplituda më të larta sipas kërkesës) për të krijuar një fushë akustike intensive.
Megjithatë, për prodhimin e nanoemulsioneve të qëndrueshme, vetëm pajisjet me ultratinguj me fuqi të lartë shpesh nuk mjaftojnë. Përveç fuqisë së mjaftueshme të ultratingujve, nevojiten kontroll i saktë i parametrave të procesit dhe aksesorë të sofistikuar (si sonotroda, reaktorë me qelizë rrjedhjeje, ftohje) për të përftuar pikëza me përmasa nanometrike dhe një shpërndarje homogjene të ndërsjellë të fazës ujore dhe asaj vajore.
Hielscher MultiPhaseCavitator: Për të prodhuar emulsione superiore me një shpërndarje shumë të ngushtë të madhësisë së pikëzave, Hielscher ka zhvilluar një insert unik për qelizën e rrjedhjes – MultiPhaseCavitator. Me këtë shtojcë të posaçme për qelizën e rrjedhjes, faza e dytë e emulsionit injektohet vazhdimisht përmes 48 kanulave të vogla në zonën e kavitacionit. Kjo teknologji mundëson prodhimin e besueshëm dhe efikas të pikëzave shumë të vogla me përmasa nanometrike dhe të emulsioneve me qëndrueshmëri të lartë.

Hielscher Ultrasonics është e specializuar në furnizimin me sisteme superiore me ultratinguj dhe aksesorë për rezultate optimale përpunimi. Përvoja jonë shumëvjeçare në përpunimin me ultratinguj dhe bashkëpunimi ynë i ngushtë me klientët sigurojnë integrimin e suksesshëm të ultratingujve në linjat e prodhimit.
Për testet fillestare, zhvillimin dhe optimizimin e procesit, ne ofrojmë një laborator procesesh dhe një qendër teknike plotësisht të pajisur.
Për më tepër, ne ofrojmë konsulencë të thelluar, zhvillimin e sistemeve të personalizuara me ultratinguj dhe shërbim teknik të specializuar për instalim, trajnim dhe mirëmbajtje.