Püskürtmeli Kurutma Öncesinde Mikroenkapsülasyon için Ultrasonik Nanoemülsifikasyon
- Aktif bileşenleri püskürtmeli kurutma yoluyla mikroenkapsüle etmek için ince damlacıklı, kararlı bir mikroemülsiyon veya nanoemülsiyon hazırlanmalıdır.
- Ultrasonik emülsifikasyon, kararlı mikroemülsiyonlar ve nanoemülsiyonlar üretmek için kolay ve güvenilir bir tekniktir
- Alternatif yüzey aktif maddeler olarak arap zamkı veya WPI gibi biyopolimerler, ultrasonik emülsifikasyon süreçlerinde gıda sınıfı stabilizatörler olarak kullanılabilir.
Enkapsülasyon
Emülsiyonlar ve emülsiyon kalitesi, püskürtmeli kurutma gibi enkapsülasyon süreçleriyle hazırlanan yağlı mikropartiküllerin verimliliği ve kararlılığı açısından önemli bir rol oynar. Emülsiyon kararlılığı, viskozite, damlacık boyutu ve yağ/su oranı kritik faktörlerdir. Emülsiyonun hazırlanmasıyla başlayıp püskürtmeli kurutmayla sona eren işlem boyunca, mikropartiküllerin bozulmasını önlemek için emülsiyonun tüm bu fiziksel ve kimyasal özellikleri korunmalıdır. Mikroenkapsülasyon kalitesi ve emülsiyonların kararlılığı birbiriyle yakından ilişkilidir ve nihai toz ürünlerin kalitesini önemli ölçüde etkiler. Bu nedenle güvenilir bir emülsifikasyon tekniği gereklidir. Ultrasonik emülsifikasyon, makroemülsiyonlar, nanoemülsiyonlar ve mikroemülsiyonlar üretmek için dünya çapında çeşitli endüstrilerde kullanılan, yerleşik bir teknolojidir.
Ultrasonik Nanoemülsiyonlar
Yüksek performanslı sonikatörler, gıda, ilaç ve kozmetik endüstrilerindeki emülsifikasyon süreçlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yoğun ultrason dalgalarının uygulanması, mikron veya nano boyutlu damlacıklara sahip emülsiyonlar üretmek için verimli bir yöntemdir. Ultrasonik emülsifikasyon, yüksek yoğunluklu ultrason dalgalarının ve bunların oluşturduğu yüksek hızlı sıvı jetlerinin damlacık yüzeylerine kesme uygulayarak küçük damlacıklar ve kararlı emülsiyonlar oluşturduğu kavitasyon ilkesine dayanır.
Emülsiyon Stabilizatörleri
Ultrasonik emülsiyonlar, geleneksel emülsifiye edici maddeler (ör. polisorbat, sorbitan vb.) kullanılarak stabilize edilebildiği gibi biyopolimerler (ör. guar zamkı, arap zamkı, WPI vb.) kullanılarak da stabilize edilebilir. Endüstriler, biyopolimerlerin emülsiyon stabilizatörleri olarak büyük potansiyelini fark etmiştir. Biyopolimerler, özellikle gıda, ilaç ve kozmetik emülsiyonlarında, “temiz” etiketli ürünlerin geliştirilmesine olanak tanır. Biyopolimerler ve biyopolimer kompleksleri, büyük miktarlarda ve gıda sınıfı kalitede temin edilebilir. Biyopolimer kompleksleri (polisakkarit-protein kompleksleri gibi), her bir polimerin tek başına sunduğundan daha gelişmiş özellikler sundukları için biyopolimerlerden üstündür. Bir protein ve bir polisakkaritten (= karmaşık karbonhidrat polimerleri) oluşan bir biyopolimer, her bir molekülün faydalarını sunar. Protein, yüzey aktivitesini artırarak önemli ölçüde daha düşük bir konsantrasyonda daha yüksek yüzey tabakası doygunluğu elde edilmesini sağlar. Kompleksteki polisakkarit, arayüzey gerilimini ve dolayısıyla yeni yüzeyler oluşturmak için gereken enerjiyi azaltır. Böylece polisakkaritler, küçük damlacıkların oluşumunu artırır. Bir biyopolimer kompleksi, her iki bileşeninin de en iyi özelliklerini sunar ve bu nedenle güçlü bir stabilizatör oluşturur.
400 watt gücünde bir ultrasonik homojenizatör olan UP400St, nano-lipozom üretimi için.
Yüksek Performanslı Sonikatörler
Yüksek performanslı Hielscher ultrasonik işlemcileri, kararlı makroemülsiyonlar, nanoemülsiyonlar ve mikroemülsiyonların hazırlanması için dünya çapında kurulmuştur. Küçük, elde taşınabilir ultrasonik laboratuvar cihazları ile büyük hat içi emülsiyon akışlarının ticari üretimine yönelik yüksek güçlü endüstriyel ultrasonik sistemler arasında değişen ürün portföyüyle Hielscher Ultrasonics, süreciniz için en uygun sonikatörü sunar.
Güç girdisi, genlik (sonotrottaki yer değiştirme), sıcaklık ve debi, formülasyonunuzun gereksinimlerine göre ayarlanabilir. Endüstriyel ultrasonik işlemcilerimiz çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200µm’ye kadar genliklerle 24/7 çalışma koşullarında kolayca kesintisiz çalışılabilir. Daha da yüksek genlikler için özel olarak uyarlanmış ultrasonik sonotrotlar mevcuttur.
Sonikasyon parametrelerinin hassas kontrolü ve dahili bir SD karta otomatik veri kaydı, yüksek işlem kalitesi sağlar ve süreç standardizasyonuna olanak tanır. Tüm ultrasonik işlemcilerimiz, tam yük altında 24/7 çalışma için tasarlanmıştır. Sağlamlık, düşük bakım gereksinimi ve kullanım kolaylığı, Hielscher sonikatörlerinin üretimde ağır işleri üstlenmesini sağlayan diğer avantajlarıdır.
Hielscher’in benzersiz MultiPhaseCavitator ürünü gibi aksesuarlar, en uygun ultrasonik emülsifikasyon sisteminin kurulmasına yardımcı olur. Bu ürün, ikinci fazı kanüller aracılığıyla doğrudan kavitasyonun yoğun olduğu bölgeye enjekte eden bir akış hücresi ek parçasıdır (soldaki resme bakın).
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında bilgi verir:
| Parti Hacmi | Debi | Önerilen Cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksek | Cihaz grubu: UIP16000 |
Bize Ulaşın! / Bize Sorun!
Bir emülsiyonun ultrasonik olarak hazırlanması (kırmızı su / sarı yağ). Birkaç saniyelik sonikasyon, ayrı su/yağ fazlarını ince damlacıklı bir emülsiyona dönüştürür.
Laboratuvardan pilot ve endüstriyel ölçeğe kadar yüksek güçlü ultrasonik işlemciler.
Literatür / Kaynaklar
- 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
Bilinmesi Gereken Bilgiler
Emülsiyon Stabilizatörleri Olarak Biyopolimerler
Çoğu emülsiyonun uzun süre kararlı kalmasını sağlamak için stabilizatörler ve yüzey aktif maddeler gereklidir. Polisakkaritler ve proteinler gibi biyopolimerler, emülsiyon sistemlerinde işlevsel bileşenler olarak yaygın biçimde kullanılır. Biyopolimerler, jelleşme ve emülsifiye etme kapasiteleri sayesinde iyi bir emülsiyon stabilizasyon performansı sunan doğal bir emülsifiye edici madde türüdür. Kararlı emülsiyonların üretimi, gıda ürünlerinin püskürtmeli kurutma yoluyla başarılı bir şekilde enkapsüle edilmesi için bir ön koşul olduğundan, biyopolimerler tercih edilen bir stabilizatör türüdür. Biyopolimerler, tek başlarına veya birlikte stabilizatör olarak kullanılabilir.
Arap zamkı ve peynir altı suyu proteini izolatı (WPI) gibi biyopolimerler ucuzdur ve gıda üretiminde kolayca işlenebilir. Arap zamkı, anyonik karbonhidratların ve bazı proteinlerin bir karışımıdır. Polisakkarit yapısına sıkı biçimde bağlı olan, oldukça dallanmış proteinleri, arap zamkına iyi emülsifiye edici özellikler kazandırır. Peynir altı suyu proteini izolatı, globüler proteinlerin bir karışımından oluşur. Bu globüler proteinler, homojenizasyon sırasında yağ damlacıklarının yüzeyine hızla adsorbe olabilir; bu da küçük damlacıkların oluşumunu kolaylaştırır.
Emülsifiye edici madde olarak kullanılan diğer yaygın biyopolimerler arasında jelatin, ksantan zamkı, nişasta, kazein, pektinler, maltodekstrin, ovalbümin, sodyum aljinat ve karboksimetilselüloz bulunur.
Biyopolimer kompleksleri, iki veya daha fazla biyopolimerden oluşur. Biyopolimer kompleksleri, kimyasal, enzimatik veya termal işlemlerle sentezlenebilir. Kompleksleşme genellikle nihai biyopolimer kompleksinin dayanıklılığını ve çözünürlüğünü artırarak kullanılabilirliğini ve kararlılığını geliştirir. Özellikle değişen sıcaklıklar, pH ve iyonik kuvvet karşısında elde edilen daha yüksek kararlılık, emülsifikasyon süreçleri için önemli bir faktördür.