hvordan man laver olie-i-vand Nanoemulsioner
af Claudia S. Copeland, Ph. D.
olie og vand blandes ikke — medmindre de har hjælp, det vil sige. Denne hjælp er et stadig mere sofistikeret sæt muligheder for olie-i-vand-emulsion drevet af nanoteknologiområdet. I dag er det muligt at skabe olie-i-vand drikkevarer og andre produkter, der giver maksimal biotilgængelighed i en emulsion, der er optisk klar og miljømæssigt stabil. Før vi forstår, hvordan dette kan gøres, skal vi dog først forstå arten af polære og ikke-polære stoffer, og hvorfor de ikke blandes naturligt.
ladning, polaritet og opløselighed
ordene “polær” og “ikke-polær” henviser til arten af alle stoffer som enten helt eller delvist ladet (for eksempel vand) eller uden ladning (for eksempel olie). Når det kommer til kemikalier, tiltrækker modsætninger: stoffer med en positiv ladning tiltrækkes af stoffer med en negativ ladning. Den samlede ladning af rent vand (H2O) er nul — alle negativt ladede elektroner afbalanceres af positivt ladede protoner — men det modsiger vandets sande, dynamiske natur. I virkeligheden har iltenden af H2O-molekylet en delvis negativ ladning som et resultat af, at elektroner bruger mere af deres tid rundt om det. Dette efterlader hydrogenatomerne relativt elektronfrie, hvilket giver dem en delvis positiv ladning. Denne polaritet af H2O-molekyler får dem til at” klæbe ” sammen, hvor det negativt ladede ilt fra et vandmolekyle tiltrækkes af den positivt ladede brintende af et andet vandmolekyle.
nu, hvis du tilføjer et andet ladet eller polært stof til vand, såsom bordsalt, vil dette stof let opløses. Dette skyldes, at de positivt ladede natriumioner (Na+) af bordsalt (NaCl) vil blive tiltrukket af den delvise negative ladning af iltenden af vandmolekylet, mens de negativt ladede chloridioner (Cl–) vil blive tiltrukket af de delvist positive hydrogenender. Både fuldt opladede og delvist ladede stoffer opløses let i vand på grund af tiltrækningen af modsatte ladninger.
ikke-polære stoffer
olie og fedtopløselige forbindelser — i modsætning til vand, salte og syrer — har ingen afgift. Disse forbindelser kaldes traditionelt hydrofobe-vandfrygtige-men det er ikke, at de frygter vandmolekyler, eller at vandmolekyler frastødes af dem. Det er bare, at vandmolekyler ikke bryr sig om dem — de er ligeglade — og på samme tid er vandmolekyler stærkt tiltrukket af hinanden og til andre polære molekyler. Hvad der sker som et resultat er, at de ikke — polære forbindelser isoleres-først i bobler og til sidst i et separat lag. Ligesom olie-og-eddike salatdressing kan du ryste polære og ikke-polære forbindelser og få dem til at blande, men de adskilles til sidst igen og danner forskellige lag.
søgen efter olie-i-vand-stabilitet
siden antikken har menneskeheden forsøgt at få ikke-polære stoffer til at opløses i vandbaserede opløsninger, en proces kendt som emulgering. Æggeblomme, der indeholder en høj mængde phosphatidylcholin eller lecithin, er blandt de ældste emulgatorer. (I disse dage forstod brugerne — fra kokke til læger — ikke begrebet emulgering, men de vidste, at æggeblommer hjalp fedtopløselige stoffer med at opløses i vand.) Denne søgen går langt ud over at lave stabil italiensk dressing og kagedej. Langt vigtigere udfordringer, såsom absorption af stoffer fra det polære menneskelige tarmmiljø, kræver udvikling af måder, hvorpå olie kan blandes med vand. Apotekere har længe været bekymrede over denne proces, som det fremgår af dette bogafsnit fra 1911 om “ting, som alle farmaceuter skal vide om emulgering af olier.”
så hvad er en emulgator? Ganske enkelt er en emulgator (også kendt som et overfladeaktivt middel) en forbindelse, der kan “klæbe” til både polære og ikke-polære stoffer, hvilket tillader fedtopløselige stoffer at opløses i vand. Emulgatorer findes i hele naturen og i stigende grad i sofistikerede, banebrydende fødevarevidenskabelige teknologier.
emulgering af den måde, naturen gør det
selvom det kortere navn lecithin stammer fra det græske ord for æggeblomme, er phosphatidylcholin faktisk i alle levende celler, ikke kun kyllingæg. Dens struktur består af en negativt ladet fosfatrygrad, hvorfra langkædede fedtsyrer suspenderes-med andre ord en polær ende bundet til lange, ikke — polære ender. Phosphatidylcholin og andre typer phospholipider danner matricen af membranerne, der omslutter alle celler-phospholipid-dobbeltlaget.
traditionelle emulgatorer, såsom lecithin, kan hjælpe olie og vand blanding. For at tage en olie-i-vand — emulsion til det næste niveau-for at producere en meget stabil olie-i — vand-emulsion uden tilsat eller ændret smag eller negativt udseende og med det højeste niveau af biotilgængelighed-skal vi bygge makromolekylære strukturer for effektivt at give de egenskaber, vi søger. Den teknologiske tilgang til at arbejde med molekyler af denne størrelse kaldes nanoteknologi. To typer nyttige emulsioner, der kan oprettes gennem nanoteknologi, er mikroemulsioner og nanoemulsioner.
Mikroemulsioner
olie-i-vand mikroemulsioner består af suspensioner af små dråber med strukturer, der ligner dem, der omslutter levende celler. Blandt de vigtigste af disse er miceller. Miceller, som cellemembraner, er lavet af phospholipider. I stedet for at være arrangeret i flade dobbeltlag er phospholipiderne af miceller imidlertid arrangeret i sfæriske strukturer med deres polære “hoveder” vendt udad (i en vandig opløsning) og deres ikke-polære “haler” vendt indad. Miceller er som små bobler, der spredes ud i vand i en jævn blanding kaldet et kolloid. (Et naturligt eksempel på et kolloid er mælk. Det er uigennemsigtigt, men fedt og lipofile næringsstoffer i mælken spredes jævnt i den vandige base af mælken og adskilles ikke over tid.) Når fedtopløselige stoffer placeres inde i miceller, er det som om de er placeret i behagelige polære vogne, der spredes jævnt i vand, med deres olieagtige passagerer stabilt gemt væk inde i dem.
Nanoteknologer bruger en række bærere, der fungerer på en lignende måde — indkapsling af en ikke-polær forbindelse af interesse (såsom et lægemiddel eller nutraceutisk fødevare) for at lette opløseligheden, stabiliteten af forbindelsen under ugunstige miljøforhold og absorption af forbindelsen fra GI-kanalen ind i kroppen. Disse bærere omfatter biopolymerer, liposomer, solid-lipid nanopartikler og nanofibre, for at nævne nogle få.
hvordan man laver en Nanoemulsion
både mikroemulsioner og nanoemulsioner består af partikler mindre end 100 nanometer i størrelse og forbedrer nøglefunktioner såsom langsigtet stabilitet, optisk klarhed og biotilgængelighed. Nanoemulsioner indeholder partikler med forskellige størrelser, mens partiklerne i mikroemulsioner vil være ensartede. Forskellen mellem nanoemulsioner og mikroemulsioner er imidlertid ikke så meget en størrelse som deres funktionelle funktioner og hvordan de fremstilles. Mens begge typer emulsion kræver lignende ingredienser — olie, vand og et eller flere overfladeaktive stoffer-mikroemulsioner, som er termodynamisk stabile, vil spontant samle sig selv. I modsætning hertil foretages nanoemulsioner ved hjælp af teknologiske processer som mekanisk klipning eller sonikering for at skabe dråber med bølgelængder, der er kortere end bølgelængderne i synligt lys (og derfor ses af menneskelige øjne som klare). Oprettelsen af disse små partikler kræver input af energi via teknologi såsom ultralyd, højtryksventilhomogenisatorer eller mikrofluidisatorer. Da de ikke er termodynamisk stabile, når de først oprettes, skal der tilføjes en stabilisator. Desværre er denne proces ikke ligetil og kompliceres af andre overvejelser, såsom at kontrollere nedbrydningshastigheden af den aktive ingrediens, søge temperatur og pH-stabilitet og håndtere den overvældende bitterhed, der ledsager nanoemulsioner fyldt med aktive ingredienser såsom CBD eller THC.
brugsklare olie-i-vand-Emulsionsprodukter
nanoteknologiområdet er en af store muligheder, og metoderne til opnåelse af olie-i-vand-stabilitet kan være svimlende i antal såvel som kompleksitet. Hvis du er et lille firma, der ønsker at maksimere stabiliteten af lipofile stoffer i en vandbase, er forskning i nanoteknologiske løsninger sandsynligvis uoverkommeligt dyrt. Heldigvis, Aksiomm har gjort størstedelen af forskningen for dig. Du kan starte med præudviklede transportører, der er designet til at skabe stabile, olie-i-vand nanoemulsioner, der er tilsat dit produkt. Bare tilføj dine unikke produktkomponenter og følg anvisningerne. Du er fri til at fokusere på spørgsmål som smag, farve og tekstur, mens Aksiomm overtager nanoemulsionens tekniske arbejde. Resultatet? En nem måde at udvikle den bedste version af dit eget unikke produkt til dine kunder.