Ultraljud nano-emulgering för mikroinkapsling före spraytorkning
- För att mikrokapsla in aktiva ingredienser via spraytorkning måste en fin, stabil mikro- eller nanoemulsion framställas.
- Ultraljudsemulgering är en enkel och pålitlig teknik för att producera stabila mikro- och nanoemulsioner
- Som alternativt ytaktivt ämne kan biopolymerer som gummi arabi eller WPI användas i ultraljudsemulgeringsprocesser som stabilisatorer av livsmedelskvalitet.
inkapsling
Emulsioner och emulsionskvalitet spelar en viktig roll när det gäller effektivitet och stabilitet hos oljiga mikropartiklar som framställs via inkapslingsprocesser som spraytorkning. Emulsionsstabilitet, viskositet, droppstorlek och olje/vatten-förhållande är avgörande faktorer. Under bearbetningen, som börjar med beredningen av emulsionen och slutar med spraytorkningen, måste alla dessa fysikaliska och kemiska egenskaper hos emulsionen bibehållas för att förhindra en försämring av mikropartiklarna. Kvaliteten på mikroinkapsling och emulsioners stabilitet är nära besläktade och påverkar kvaliteten på de slutliga pulveriserade produkterna avsevärt i hög grad. Därför krävs en tillförlitlig emulgeringsteknik. Ultraljudsemulgering är en väletablerad teknik som används i olika industrier över hela världen för att producera makro-, nano- och mikroemulsioner.
Ultraljud nano-emulsioner
Högpresterande ultraljudsapparater är väl etablerade för emulgeringsprocesser inom livsmedels-, läkemedels- och kosmetikindustrin. Appliceringen av intensiva ultraljudsvågor är en effektiv metod för att producera emulsioner med droppar i mikron- eller nanostorlek. Ultraljudsemulgering är baserad på principen om kavitation, där ultraljudsvågor med hög intensitet och dess vätskestrålar med hög hastighet skjuvar dropparna’ yta, vilket skapar små droppar och stabila emulsioner.
Stabilisatorer för emulsion
Ultraljudsemulsioner kan stabiliseras med konventionella emulgeringsmedel (t.ex. polysorbat, sorbitan etc.), men också med hjälp av biopolymerer (t.ex. guarkärnmjöl, gummi arabicum, WPI etc.). Industrin har insett den enorma potentialen hos biopolymerer som emulsionsstabilisatorer. Speciellt för livsmedels-, läkemedels- och kosmetiska emulsioner möjliggör biopolymerer utveckling av produkter med en “ren” etikett. Biopolymerer och biopolymerkomplex finns i stora volymer och av livsmedelskvalitet. Biopolymerkomplex (t.ex. polysackarid-proteinkomplex) är överlägsna biopolymerer eftersom de erbjuder förbättrade egenskaper än varje polymer på egen hand. En biopolymer som består av ett protein och en polysackarid (= komplexa kolhydratpolymerer) erbjuder fördelarna med varje molekyl. Proteinet ökar ytaktiviteten så att en högre ytskiktsmättnad vid en betydligt lägre koncentration erhålls. Polysackariden i komplexet minskar gränsytans spänning och därmed den energi som krävs för att generera nya ytor. Därmed ökar polysackarider bildandet av små droppar. Ett biopolymerkomplex erbjuder det bästa av sin båda komponent och gör därför en stark stabilisator.
UP400St, en 400 watt kraftfull ultraljudshomogenisator, för produktion av nanoliposomer.
Högpresterande ultraljudsapparater
Hielschers högpresterande ultraljudsprocessorer är installerade över hela världen för framställning av stabila makro-, nano- och mikroemulsioner. Med en produktportfölj som sträcker sig från små handhållna Ultraljud labb enheter till Industriella ultraljudssystem med hög effekt för kommersiell produktion av stora inline-strömmar av emulsioner, Hielscher Ultrasonics erbjuder dig den mest lämpliga ultraljudsapparaten för din process.
Effektingång, amplitud (förskjutning vid sonotroden), temperatur och flödeshastighet kan justeras till kraven i din formulering. Våra industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga.
Exakt kontroll över ultraljudsbehandling parametrar och automatisk datainspelning på ett inbyggt SD-kort säkerställer hög bearbetningskvalitet och möjliggör processstandardisering. Alla våra ultraljudsprocessorer är designade för 24/7-drift under full belastning. Robusthet, lågt underhåll och användarvänlighet är ytterligare fördelar med Hielschers ultraljudsapparater, vilket gör dem till din arbetshäst i produktionen.
Tillbehör som Hielschers unika MultiPhaseCavitator, en flödescellsinsats som injicerar den andra fasen via kanyler direkt i kavitationell hot-spot (se bild till vänster), hjälper till att ställa in ett optimalt ultraljudsemulgeringssystem.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
| Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
|---|---|---|
| 1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
| 10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
| N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Ultraljudsberedning av en emulsion (rött vatten / gul olja). Några sekunders ultraljudsbehandling förvandlar de separata vatten / olja faserna till en fin emulsion.
Ultraljudsprocessorer med hög effekt från labb till pilot och industriell skala.
Litteratur / Referenser
- 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
Fakta som är värda att veta
Biopolymerer som emulsionsstabilisatorer
Stabilisatorer och ytaktiva ämnen krävs för de flesta emulsioner för att göra dem långsiktigt stabila. Biopolymerer som polysackarider och proteiner används i stor utsträckning som funktionella ingredienser i emulsionssystem. Biopolymerer är en naturlig typ av emulgeringsmedel, som erbjuder en bra emulsionsstabiliserande prestanda på grund av deras gelnings- och emulgerande förmåga. Eftersom produktion av stabila emulsioner är en förutsättning för en framgångsrik inkapsling via spraytorkning av livsmedelsprodukter, är biopolymerer en föredragen typ av stabilisator. Biopolymerer kan användas som stabilisatorer var för sig eller i kombination.
Biopolymerer som gummi arabicum och vassleproteinisolat (WPI) är billiga och kan enkelt bearbetas i livsmedelsproduktion. Gummi arabicum är en blandning av anjoniska kolhydrater och vissa proteiner. Dess mycket förgrenade proteiner, som är nära kopplade till polysackaridstrukturen, ger gummi arabicum goda emulgerande egenskaper. Vassleproteinisolat består av en blandning av globulära proteiner. Dessa globulära proteiner kan snabbt adsorberas på oljedropparnas yta under homogenisering, vilket underlättar bildandet av små droppar.
Andra vanliga biopolymerer som används som emulgeringsmedel är bland annat gelatin, xantangummi, stärkelse, kasein, pektiner, maltodextrin, ovalbumin, natriumalginat och karboximetylcellulosa.
Biopolymerkomplex består av två eller flera biopolymerer. Biopolymerkomplex kan syntetiseras genom kemiska, enzymatiska eller termiska behandlingar. Komplexbildningen ökar i allmänhet robustheten och lösligheten hos det slutliga biopolymerkomplexet, vilket förbättrar deras användbarhet och stabilitet. Speciellt den resulterande högre stabiliteten med avseende på varierande temperaturer, pH och jonstyrka är viktiga faktorer för emulgeringsprocesser.