Ультразвукова наноемульсифікація для мікроінкапсуляції перед розпилювальним сушінням
- Щоб мікроінкапсулювати активні інгредієнти за допомогою розпилювального сушіння, необхідно приготувати стабільну мікро- або наноемульсію дрібного розміру.
- Ультразвукова емульсифікація є простим і надійним методом отримання стабільних мікро- та нано-емульсій
- Як альтернативні ПАР, біополімери, такі як аравійська камедь або WPI, можуть використовуватися в процесах ультразвукової емульсифікації як стабілізатори харчового класу.
Інкапсуляція
Емульсії та якість емульсій відіграють значну роль щодо ефективності та стабільності олійних мікрочастинок, отриманих за допомогою процесів інкапсуляції, таких як розпилювальне сушіння. Стабільність емульсії, в’язкість, розмір крапель та співвідношення олія/вода є критичними факторами. Під час обробки, яка починається з приготування емульсії та закінчується розпилювальним сушінням, усі ці фізичні та хімічні властивості емульсії повинні зберігатися, щоб запобігти погіршенню якості мікрочастинок. Якість мікроінкапсуляції та стабільність емульсій тісно пов’язані та суттєво впливають на якість кінцевих порошкових продуктів. Тому потрібна надійна техніка емульсифікації. Ультразвукова емульсифікація є добре розвиненою технологією, яка використовується в різних галузях промисловості по всьому світу для виробництва макро-, нано- та мікро-емульсій.
Ультразвукові нано-емульсії
Високопродуктивні ультразвукові обробники добре зарекомендували себе для процесів емульсифікації в харчовій, фармацевтичній та косметичній промисловості. Застосування інтенсивних ультразвукових хвиль є ефективним методом отримання емульсій з краплинами розміром від мікрон до нанометрів. Ультразвукова емульсифікація базується на принципі кавітації, при якому високі інтенсивності ультразвукових хвиль та їхні високоскорісні рідинні струмені зрізають поверхню крапель, створюючи таким чином дрібні краплі та стабільні емульсії.
Стабілізатори емульсій
Ультразвукові емульсії можна стабілізувати за допомогою звичайних емульгаторів (наприклад, полісорбат, сорбітан тощо), а також за допомогою біополімерів (наприклад, гуарова камедь, аравійська камедь, WPI тощо). Промисловість визнала величезний потенціал біополімерів як стабілізаторів емульсій. Особливо для харчових, фармацевтичних та косметичних емульсій біополімери дозволяють розробляти продукти з «чистою» етикеткою. Біополімери та комплекси біополімерів доступні у великих обсягах та якості харчового класу. Комплекси біополімерів (такі як комплекси полісахарид-білок) є кращими за окремі біополімери, оскільки вони пропонують покращені властивості порівняно з кожним полімером окремо. Біополімер, що складається з білка та полісахариду (= складні вуглеводні полімери), пропонує переваги кожної молекули. Білок підвищує поверхневу активність, так що досягається вища насиченість поверхневого шару при значно нижчій концентрації. Полісахарид у комплексі знижує міжфазну напругу та, отже, енергію, необхідну для створення нових поверхонь. Таким чином, полісахариди сприяють утворенню дрібних крапель. Комплекс біополімерів пропонує найкраще від обох своїх компонентів і тому є сильним стабілізатором.
UP400St, потужний ультразвуковий гомогенізатор на 400 ват, для виробництва нано-ліпосом.
Високопродуктивні ультразвукові обробники
Високопродуктивні ультразвукові процесори Hielscher встановлені по всьому світу для приготування стабільних макро-, нано- та мікроемульсій. З портфелем продукції, що варіюється від малих ручних ультразвукових лабораторних приладів до високопотужних промислових ультразвукових систем для комерційного виробництва великих потокових ліній емульсій, Hielscher Ultrasonics пропонує вам найбільш підходящий ультразвуковий обробник для вашого процесу.
Потужність, амплітуда (переміщення на сонотроді), температура та об’ємна витрата можуть бути налаштовані відповідно до вимог вашої формуляції. Наші промислові ультразвукові процесори можуть забезпечувати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200µm можуть легко працювати безперервно в режимі 24/7. Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.
Точний контроль параметрів ультразвукової обробки та автоматичний запис даних на вбудовану SD-карту забезпечують високу якість обробки та дозволяють стандартизувати процес. Усі наші ультразвукові процесори розроблені для роботи 24/7 під повним навантаженням. Надійність, низькі вимоги до обслуговування та зручність використання є додатковими перевагами ультразвукових обробників Hielscher, що робить їх вашою «робочою конячкою» у виробництві.
Аксесуари, такі як унікальний Hielscher MultiPhaseCavitator, вставка для проточної комірки, яка ін’єктує другу фазу через канюлі безпосередньо в гарячу точку кавітації (див. фото ліворуч), допомагають налаштувати оптимальну систему ультразвукової емульсифікації.
Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність наших ультразвукових обробників:
| Об’єм партії | Об’ємна витрата | Рекомендовані прилади |
|---|---|---|
| 1 to 500mL | 10 to 200mL/min | UP100H |
| 10 to 2000mL | 20 to 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 to 20L | 0,2 to 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 to 100L | 2 to 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 to 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | більше | кластер UIP16000 |
Зв’яжіться з нами! / Запитайте нас!
Ультразвукове приготування емульсії (червона вода / жовта олія). Кілька секунд ультразвукової обробки перетворюють окремі фази води/олії на дрібну емульсію.
Високопотужні ультразвукові процесори від лабораторного до пілотного та промислового масштабу.
Література / Посилання
- 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
Факти, які варто знати
Біополімери як стабілізатори емульсій
Стабілізатори та ПАР необхідні для більшості емульсій, щоб зробити їх довгостроково стабільними. Біополімери, такі як полісахариди та білки, широко використовуються як функціональні інгредієнти в емульсійних системах. Біополімери є природним типом емульгаторів, які забезпечують хорошу стабілізацію емульсій завдяки своїй гелеутворюючій та емульгуючій здатності. Оскільки виробництво стабільних емульсій є передумовою успішної інкапсуляції харчових продуктів за допомогою розпилювального сушіння, біополімери є переважним типом стабілізатора. Біополімери можуть використовуватися як стабілізатори самостійно або в комбінації.
Біополімери, такі як аравійська камедь та ізольований сироватковий білок (WPI), є недорогими та легко обробляються у харчовому виробництві. Аравійська камедь є сумішшю аніонних вуглеводів та деяких білків. Її сильно розгалужені білки, які тісно пов’язані зі структурою полісахариду, надають аравійській камеді добрих емульгуючих властивостей. Ізольований сироватковий білок складається з суміші глобулярних білків. Ці глобулярні білки можуть швидко адсорбуватися на поверхні крапель олії під час гомогенізації, що сприяє утворенню дрібних крапель.
Інші поширені біополімери, що використовуються як емульгатори, включають желатин, ксантанову камедь, крохмаль, казеїн, пектини, мальтодекстрин, овальбумін, альгінат натрію та карбоксиметилцелюлозу, серед інших.
Комплекси біополімерів складаються з двох або більше біополімерів. Комплекси біополімерів можуть бути синтезовані за допомогою хімічної, ферментативної або термічної обробки. Комплексація зазвичай підвищує міцність та розчинність кінцевого комплексу біополімерів, покращуючи їхню придатність та стабільність. Особливо важливими факторами для процесів емульсифікації є отримана вища стабільність щодо змін температури, pH та іонної сили.