How To Make Oil-in-Water Nanoemulsies
door Claudia S. Copeland, Ph. D.
olie en water mengen zich niet — tenzij ze hulp hebben, dat wil zeggen. Die hulp is een steeds geavanceerdere reeks opties voor olie-in-water emulsie gedreven door het gebied van nanotechnologie. Tegenwoordig is het mogelijk om olie-in-water dranken en andere producten te maken die een maximale biologische beschikbaarheid bieden in een emulsie die optisch helder en milieuvriendelijk stabiel is. Voordat we echter begrijpen hoe dit gedaan kan worden, moeten we eerst de aard van polaire en niet-polaire stoffen begrijpen en waarom ze niet van nature mengen.
lading, polariteit en oplosbaarheid
de woorden “polair” en “niet-polair” verwijzen naar de aard van alle stoffen als geheel of gedeeltelijk geladen (bijvoorbeeld water) of zonder lading (bijvoorbeeld olie). Als het gaat om chemicaliën trekken tegenpolen aan: stoffen met een positieve lading worden aangetrokken door stoffen met een negatieve lading. De totale lading van zuiver water (H2O) is nul — alle negatief geladen elektronen worden in evenwicht gebracht door positief geladen protonen — maar dat logenstraft de ware, dynamische aard van water. In werkelijkheid heeft het zuurstofeinde van het H2o-molecuul een gedeeltelijke negatieve lading als gevolg van elektronen die meer van hun tijd eromheen besteden. Dit laat de waterstofatomen relatief elektron-vrij, waardoor ze een gedeeltelijke positieve lading. Deze polariteit van H2O moleculen zorgt ervoor dat ze” plakken ” samen, met de negatief geladen zuurstof van een watermolecuul wordt aangetrokken tot de positief geladen waterstof einde van een ander watermolecuul.
als u nu een andere geladen of polaire stof aan water toevoegt, zoals keukenzout, zal die stof gemakkelijk oplossen. Dit komt omdat de positief geladen natriumionen (Na+) van keukenzout (NaCl) worden aangetrokken door de gedeeltelijk negatieve lading van het zuurstofeinde van het watermolecuul, terwijl de negatief geladen chlorideionen (Cl–) worden aangetrokken door de gedeeltelijk positieve waterstofeinden. Zowel volledig opgeladen als gedeeltelijk opgeladen stoffen zullen gemakkelijk oplossen in water vanwege de aantrekking van tegengestelde ladingen.
Nietpolaire stoffen
olie-en vetoplosbare verbindingen — in tegenstelling tot water, zouten en zuren-hebben geen last. Deze verbindingen worden traditioneel hydrofoob genoemd-water-vrezend-maar het is niet dat zij watermoleculen vrezen of dat watermoleculen door hen worden afgestoten. Het is gewoon dat watermoleculen niet om hen geven — ze zijn onverschillig-en tegelijkertijd worden watermoleculen sterk aangetrokken tot elkaar en tot andere polaire moleculen. Het gevolg is dat de niet-polaire verbindingen geïsoleerd raken-eerst in bubbels en uiteindelijk in een aparte laag. Net als olie-en-Azijn Saladedressing, kun je polaire en niet-polaire verbindingen schudden en ze laten mengen, maar ze zullen uiteindelijk weer scheiden en verschillende lagen vormen.
The Quest for Oil-in-Water Stability
sinds de oudheid probeert de mensheid niet-polaire stoffen te laten oplossen in oplossingen op waterbasis, een proces dat bekend staat als emulgering. Eigeel, dat een hoge hoeveelheid fosfatidylcholine of lecithine bevat, behoort tot de oudste emulgatoren. (In die tijd begrepen gebruikers — van koks tot artsen — het concept van emulgering niet, maar ze wisten dat eidooiers in vet oplosbare stoffen in water hielpen oplossen.) Deze zoektocht gaat veel verder dan het maken van stabiele Italiaanse dressing en cake beslag. Veel belangrijker uitdagingen, zoals de absorptie van geneesmiddelen uit de polaire menselijke intestinale omgeving, vragen om de ontwikkeling van manieren om olie te mengen met water. Apothekers zijn al lang bezig met dit proces, zoals blijkt uit dit boek sectie uit 1911, over “dingen die alle apothekers moeten weten over de emulgering van oliën.”
Wat is een emulgator? Een emulgator (ook bekend als een oppervlakteactieve stof) is een verbinding die kan “plakken” aan zowel polaire als niet-polaire stoffen, waardoor vetoplosbare stoffen op te lossen in water. Emulgatoren komen overal in de natuur voor en in toenemende mate in geavanceerde, geavanceerde voedselwetenschappelijke technologieën.
emulgeren zoals de natuur het doet
hoewel de kortere naam lecithine afkomstig is van het Griekse woord voor eigeel, komt fosfatidylcholine in feite voor in alle levende cellen, niet alleen in kippeneieren. De structuur bestaat uit een negatief geladen fosfaat backbone waaruit lange-keten vetzuren worden gesuspendeerd-met andere woorden, een polair einde gebonden aan lange, niet-polaire uiteinden. Fosfatidylcholine en andere soorten fosfolipiden vormen de matrix van de membranen die alle cellen omsluiten — de fosfolipide bilayer.
traditionele emulgatoren, zoals lecithine, kunnen olie en water mengen. Echter, om een olie-in-water emulsie naar het volgende niveau te brengen — om een zeer stabiele olie-in-water emulsie te produceren zonder toegevoegde of veranderde smaak of ongunstige verschijning en met het hoogste niveau van biologische beschikbaarheid — moeten we macromoleculaire structuren bouwen om efficiënt de eigenschappen te verlenen die we zoeken. De technologische benadering van het werken met moleculen van deze grootte wordt nanotechnologie genoemd. Twee types van nuttige emulsies die door nanotechnologie kunnen worden gecreeerd zijn micro-emulsies en nanoemulsies.
Micro-emulsies
olie-in-water micro-emulsies bestaan uit suspensies van kleine druppeltjes met structuren die sterk lijken op die welke levende cellen omsluiten. Een van de belangrijkste hiervan zijn micellen. Micellen, zoals celmembranen, zijn gemaakt van fosfolipiden. In plaats van te worden gerangschikt in vlakke bilagen, echter, de fosfolipiden van micellen zijn gerangschikt in sferische structuren, met hun polaire “hoofden” naar buiten gericht (in een waterige oplossing) en hun niet-polaire “staarten” naar binnen gericht. Micellen zijn als kleine belletjes die zich verspreiden in water in een gelijkmatig mengsel dat colloïd wordt genoemd. (Een natuurlijk voorbeeld van een colloïd is melk. Het is ondoorzichtig, maar de vetten en lipofiele voedingsstoffen in de melk worden gelijkmatig verdeeld in de waterige basis van de melk en scheiden niet na verloop van tijd.) Wanneer vetoplosbare stoffen in micellen worden geplaatst, is het alsof ze in comfortabele polaire rijtuigen worden geplaatst die gelijkmatig in water verspreiden, met hun olieachtige passagiers stabiel weggestopt in hen.
Nanotechnologen gebruiken een verscheidenheid aan dragers die op een vergelijkbare manier functioneren — het inkapselen van een niet-polaire verbinding van belang (zoals een geneesmiddel of nutraceutisch voedingsmiddel) om de oplosbaarheid, de stabiliteit van de verbinding in ongunstige omgevingsomstandigheden en de absorptie van de verbinding uit het maag-darmkanaal in het lichaam te vergemakkelijken. Deze dragers omvatten biopolymeren, liposomes, vast-lipide nanoparticles en nanofibers, om enkelen te noemen.
Hoe maak je een Nanoemulsie
micro-emulsies en nanoemulsies bestaan uit deeltjes van minder dan 100 nanometer en verbeteren belangrijke kenmerken zoals langdurige stabiliteit, optische helderheid en biologische beschikbaarheid. Nanoemulsies bevatten deeltjes van verschillende grootte, terwijl de deeltjes in micro-emulsies uniform zullen zijn. Het verschil tussen nanoemulsies en micro-emulsies is echter niet zozeer een van grootte als van hun functionele kenmerken en hoe ze worden gemaakt. Terwijl beide soorten emulsie vergelijkbare ingrediënten vereisen — olie, water en een of meer oppervlakteactieve stoffen — zullen micro-emulsies, die thermodynamisch stabiel zijn, spontaan zelf-assembleren. In tegenstelling, worden nanoemulsies gemaakt gebruikend technologische processen zoals Mechanisch scheren of sonication om druppeltjes met golflengten te creëren die korter zijn dan de golflengten van zichtbaar licht (en daarom door menselijke ogen als helder worden gezien). De verwezenlijking van deze uiterst kleine deeltjes vereist de input van energie via technologie zoals ultrasone klank, homogenisatoren van de hoge drukklep of microfluidizers. Dan, omdat ze niet thermodynamisch stabiel zijn wanneer ze voor het eerst worden gemaakt, moet een stabilisator worden toegevoegd. Helaas is dit proces niet eenvoudig en wordt het gecompliceerd door andere overwegingen, zoals het beheersen van de snelheid van afbraak van het actieve ingrediënt, het zoeken naar temperatuur en pH stabiliteit, en het omgaan met de overweldigende bitterheid die gepaard gaat met nanoemulsies geladen met actieve ingrediënten zoals CBD of THC.
gebruiksklare olie-in-Water Emulsieproducten
het gebied van de nanotechnologie is een van de grote mogelijkheden en de methoden om de olie-in-waterstabiliteit te bereiken, kunnen zowel in aantal als in complexiteit duizelingwekkend zijn. Als u een klein bedrijf bent dat de stabiliteit van lipofiele stoffen in een waterbasis wil maximaliseren, is onderzoek naar nanotechnologische oplossingen hoogstwaarschijnlijk onbetaalbaar duur. Gelukkig heeft Axiomm het grootste deel van het onderzoek voor u gedaan. Met producten als µGOO, µSHOT en µMIX kunt u beginnen met vooraf ontwikkelde dragers die zijn ontworpen om stabiele, olie-in-water nanoemulsies te creëren die met uw product zijn doordrenkt. Voeg gewoon uw unieke productcomponenten toe en volg de aanwijzingen. Je bent vrij om je te concentreren op onderwerpen als smaak, kleur en textuur, terwijl Axiomm het technische werk van de nanoemulsion overneemt. Het resultaat? Een eenvoudige manier om de beste versie van uw eigen unieke product te ontwikkelen voor uw klanten.