cum se fac Nanoemulsii de ulei în apă
de Claudia S. Copeland, Ph.D.
uleiul și apa nu se amestecă-decât dacă au ajutor, adică. Acest ajutor este un set din ce în ce mai sofisticat de opțiuni pentru emulsia ulei în apă condusă de domeniul nanotehnologiei. În zilele noastre, este posibil să se creeze băuturi cu ulei în apă și alte produse care asigură o biodisponibilitate maximă într-o emulsie care este limpede din punct de vedere optic și stabilă din punct de vedere ecologic. Înainte de a înțelege cum se poate face acest lucru, trebuie să înțelegem mai întâi natura substanțelor polare și nepolare și de ce nu se amestecă în mod natural.
Încărcare, polaritate și solubilitate
cuvintele „polar” și „nepolar” se referă la natura tuturor substanțelor ca fiind încărcate integral sau parțial (de exemplu, apă) sau fără sarcină (de exemplu, ulei). Când vine vorba de substanțe chimice, contrariile atrag: substanțele cu sarcină pozitivă sunt atrase de substanțe cu sarcină negativă. Sarcina totală a apei pure (H2O) este zero — toți electronii încărcați negativ sunt echilibrați de protoni încărcați pozitiv — dar asta contrazice adevărata natură dinamică a apei. În realitate, capătul de oxigen al moleculei H2O are o sarcină negativă parțială ca urmare a faptului că electronii își petrec mai mult timp orbitând în jurul ei. Acest lucru lasă atomii de hidrogen relativ liberi de electroni, oferindu-le o sarcină pozitivă parțială. Această polaritate a moleculelor H2O le face să se „lipească” împreună, oxigenul încărcat negativ al unei molecule de apă fiind atras de capătul de hidrogen încărcat pozitiv al altei molecule de apă.
acum, dacă adăugați o altă substanță încărcată sau polară în apă, cum ar fi sarea de masă, acea substanță se va dizolva cu ușurință. Acest lucru se datorează faptului că ionii de sodiu încărcați pozitiv (Na+) ai sării de masă (NaCl) vor fi atrași de sarcina negativă parțială a capătului de oxigen al moleculei de apă, în timp ce ionii de clorură încărcați negativ (Cl–) vor fi atrași de capetele de hidrogen parțial pozitive. Atât substanțele complet încărcate, cât și cele parțial încărcate se vor dizolva cu ușurință în apă din cauza atracției sarcinilor opuse.
substanțele nepolare
uleiul și compușii solubili în grăsimi-spre deosebire de apă, săruri și acizi — nu au nicio taxă. Acești compuși sunt numiți în mod tradițional hidrofobi — temători de apă-dar nu se tem de moleculele de apă sau că moleculele de apă sunt respinse de ele. Doar că moleculele de apă nu le pasă de ele — sunt indiferente — și, în același timp, moleculele de apă sunt foarte atrase unul de celălalt și de alte molecule polare. Ceea ce se întâmplă ca urmare este că compușii nepolari devin izolați — la început în bule și în cele din urmă într-un strat separat. La fel ca pansamentul pentru salată cu ulei și oțet, puteți agita compușii polari și nepolari și îi puteți face să se amestece, dar în cele din urmă se vor separa din nou, formând straturi diferite.
căutarea stabilității uleiului în apă
încă din antichitate, omenirea a încercat să determine substanțele nepolare să se dizolve în soluții pe bază de apă, un proces cunoscut sub numele de emulsificare. Gălbenușul de ou, care conține o cantitate mare de fosfatidilcolină sau lecitină, este printre cei mai vechi emulgatori. (În acele zile, utilizatorii — de la bucătari la medici-nu înțelegeau conceptul de emulsificare, dar știau că gălbenușurile de ou au ajutat substanțele solubile în grăsimi să se dizolve în apă.) Această căutare merge mult dincolo de a face sos Italian stabil și aluat tort. Provocări mult mai importante, cum ar fi absorbția medicamentelor din mediul intestinal uman polar, necesită dezvoltarea unor modalități de a permite uleiului să se amestece cu apa. Farmaciștii au fost mult timp preocupați de acest proces, după cum reiese din această secțiune de carte din 1911, despre „lucrurile pe care toți farmaciștii ar trebui să le știe despre emulsificarea uleiurilor.”
deci, ce este un emulgator? Pur și simplu, un emulgator (cunoscut și sub numele de surfactant) este un compus care se poate „lipi” atât de substanțele polare, cât și de cele nepolare, permițând substanțelor solubile în grăsimi să se dizolve în apă. Emulgatorii se găsesc în întreaga natură și, din ce în ce mai mult, în tehnologii sofisticate, de ultimă oră în domeniul științei alimentare.
emulsionarea modului în care o face natura
deși denumirea mai scurtă lecitină provine din cuvântul grecesc pentru gălbenușul de ou, fosfatidilcolina este de fapt în toate celulele vii, nu doar în ouăle de pui. Structura sa constă dintr-o coloană vertebrală fosfat încărcată negativ din care sunt suspendați acizii grași cu lanț lung — cu alte cuvinte, un capăt polar legat de capete lungi, nepolare. Fosfatidilcolina și alte tipuri de fosfolipide formează matricea membranelor care înconjoară toate celulele — bistratul fosfolipidic.
emulgatorii tradiționali, cum ar fi lecitina, pot ajuta amestecul de ulei și apă. Cu toate acestea, pentru a duce o emulsie ulei-în-apă la nivelul următor — pentru a produce o emulsie ulei-în-apă foarte stabilă, fără gust adăugat sau modificat sau aspect advers și cu cel mai înalt nivel de biodisponibilitate — trebuie să construim structuri macromoleculare pentru a conferi eficient proprietățile pe care le căutăm. Abordarea tehnologică a lucrului cu molecule de această dimensiune se numește nanotehnologie. Două tipuri de emulsii utile care pot fi create prin nanotehnologie sunt microemulsiile și nanoemulsiile.
microemulsii
microemulsii ulei în apă constau din suspensii de picături mici cu structuri destul de similare cu cele care înconjoară celulele vii. Printre cele mai importante dintre acestea se numără micelele. Micelele, ca și membranele celulare, sunt fabricate din fosfolipide. În loc să fie aranjate în bistraturi plate, totuși, fosfolipidele micelelor sunt dispuse în structuri sferice, cu „capetele” lor polare orientate spre exterior (într-o soluție apoasă) și „cozile” lor nepolare orientate spre interior. Micelele sunt ca niște bule mici care se răspândesc în apă într-un amestec uniform numit coloid. (Un exemplu natural de coloid este laptele. Este opac, dar grăsimile și substanțele nutritive lipofile din lapte sunt dispersate uniform în baza apoasă a laptelui și nu se separă în timp.) Când substanțele solubile în grăsimi sunt plasate în interiorul micelelor, este ca și cum ar fi plasate în vagoane polare confortabile care se dispersează uniform în apă, cu pasagerii lor uleioși ascunși în mod stabil în interiorul lor.
nanotehnologii folosesc o varietate de purtători care funcționează într — un mod similar-încapsularea unui compus nepolar de interes (cum ar fi un medicament sau un produs alimentar nutraceutic) pentru a facilita solubilitatea, stabilitatea compusului în condiții adverse de mediu și absorbția compusului din tractul GI în organism. Acești purtători includ biopolimeri, lipozomi, nanoparticule lipidice solide și nanofibre, pentru a numi câteva.
cum se face o Nanoemulsie
atât microemulsiile, cât și nanoemulsiile constau din particule cu dimensiuni mai mici de 100 nanometri și îmbunătățesc caracteristicile cheie, cum ar fi stabilitatea pe termen lung, claritatea optică și biodisponibilitatea. Nanoemulsiile conțin particule cu dimensiuni diferite, în timp ce particulele din microemulsii vor fi uniforme. Cu toate acestea, diferența dintre nanoemulsii și microemulsii nu este atât de mare, cât de caracteristicile lor funcționale și de modul în care sunt realizate. În timp ce ambele tipuri de emulsie necesită ingrediente similare — ulei, apă și unul sau mai mulți agenți tensioactivi — microemulsiile, care sunt stabile termodinamic, se vor auto-asambla spontan. În schimb, nanoemulsiile sunt realizate folosind procese tehnologice precum forfecare mecanică sau Sonicare pentru a crea picături cu lungimi de undă mai scurte decât lungimile de undă ale luminii vizibile (și, prin urmare, văzute de ochii umani ca fiind clare). Crearea acestor particule minuscule necesită introducerea de energie prin tehnologie precum ultrasunete, omogenizatoare de supape de înaltă presiune sau microfluidizatoare. Apoi, deoarece nu sunt stabile termodinamic atunci când sunt create pentru prima dată, trebuie adăugat un stabilizator. Din păcate, acest proces nu este simplu și este complicat de alte considerente, cum ar fi controlul ratei de degradare a ingredientului activ, căutarea stabilității temperaturii și a pH-ului și tratarea amărăciunii copleșitoare care însoțește nanoemulsiile încărcate cu ingrediente active, cum ar fi CBD sau THC.
produse de emulsie gata de utilizare în ulei în apă
domeniul nanotehnologiei este una dintre posibilitățile vaste, iar metodele de realizare a stabilității uleiului în apă pot fi amețitoare atât ca număr, cât și ca complexitate. Dacă sunteți o companie mică care dorește să maximizeze stabilitatea substanțelor lipofile într-o bază de apă, cercetarea soluțiilor nanotehnologice este cel mai probabil prohibitiv costisitoare. Din fericire, Axiomm a făcut cea mai mare parte a cercetării pentru dvs. Cu produse, cum ar fi, cum ar fi, și, puteți începe cu transportatori de pre-dezvoltate concepute pentru a crea nanoemulsions stabile, ulei-in-apa infuzat cu produsul dumneavoastră. Doar adăugați componentele unice ale produsului și urmați instrucțiunile. Ești liber să te concentrezi pe probleme precum gustul, culoarea și textura, în timp ce Axiomm preia activitatea tehnică a nanoemulsiei. Rezultatul? O modalitate ușoară de a dezvolta cea mai bună versiune a propriului produs unic pentru clienții dvs.