How to Make Oil-in-Water Nanoemulsions
Claudia S. Copeland, Ph. D.
Oil and water don ’ t mix — elleivät ne saa apua, ts. Tämä apu on yhä kehittyneempiä vaihtoehtoja öljy-vesi-emulsiolle, jota ohjaa nanoteknologian ala. Nykyään on mahdollista luoda vesiöljyjuomia ja muita tuotteita, jotka tarjoavat maksimaalisen hyötyosuuden emulsiossa, joka on optisesti kirkas ja ympäristön kannalta stabiili. Ennen kuin ymmärrämme, miten tämä voidaan tehdä, meidän on kuitenkin ensin ymmärrettävä polaaristen ja ei-polaaristen aineiden luonne ja miksi ne eivät luonnostaan sekoitu.
varaus, polaarisuus ja liukoisuus
sanat ”polaarinen” ja ”ei-polaarinen” viittaavat kaikkien aineiden luonteeseen joko täysin tai osittain varautuneina (esimerkiksi vesi) tai varauksettomina (esimerkiksi öljy). Kemikaaleissa Vastakohdat vetävät puoleensa: positiivisen varauksen omaavat aineet vetävät puoleensa aineita, joilla on negatiivinen varaus. Puhtaan veden kokonaisvaraus (H2O) on nolla — kaikki negatiivisesti varautuneet elektronit ovat tasapainossa positiivisesti varautuneiden protonien kanssa — mutta se on ristiriidassa veden todellisen, dynaamisen luonteen kanssa. Todellisuudessa H2o-molekyylin happipäässä on osittainen negatiivinen varaus seurauksena siitä, että elektronit viettävät enemmän aikaansa kiertäen sitä. Tällöin vetyatomit jäävät suhteellisen elektronittomiksi, jolloin ne saavat osittaisen positiivisen varauksen. Tämä H2o-molekyylien napaisuus saa ne” tarttumaan ” yhteen, jolloin toisen vesimolekyylin negatiivisesti varautunut happi vetää puoleensa toisen vesimolekyylin positiivisesti varautunutta vetypäätä.
jos veteen lisätään jotain muuta varautunutta tai polaarista ainetta,kuten pöytäsuolaa, aine liukenee helposti. Tämä johtuu siitä, että pöytäsuolan (NaCl) positiivisesti varautuneet natriumionit (Na+) vetävät puoleensa vesimolekyylin happipään osittaisen negatiivisen varauksen, kun taas negatiivisesti varautuneet kloridi– ionit (Cl -) vetävät puoleensa osittain positiiviset vetypäät. Sekä täyteen että osittain varatut aineet liukenevat helposti veteen vastakkaisten varausten vetovoiman vuoksi.
Ei-polaarisilla aineilla
öljyillä ja rasvaliukoisilla yhdisteillä — toisin kuin vedellä, suoloilla ja hapoilla — ei ole varausta. Näitä yhdisteitä kutsutaan perinteisesti hydrofobisiksi-vettä pelkääviksi-mutta kyse ei ole siitä, että ne pelkäisivät vesimolekyylejä tai että vesimolekyylit vieroksuisivat niitä. Vesimolekyylit eivät vain välitä niistä-ne ovat välinpitämättömiä-ja samaan aikaan vesimolekyylit vetävät voimakkaasti puoleensa toisiaan ja muita polaarisia molekyylejä. Tämän seurauksena ei — polaariset yhdisteet eristäytyvät-ensin kuplina ja lopulta erillisenä kerroksena. Öljy-ja etikkasalaatinkastikkeen tavoin polaarisia ja nonpolaarisia yhdisteitä voi ravistella ja saada sekoittumaan, mutta ne lopulta erkanevat uudelleen muodostaen eri kerroksia.
pyrkimys öljyn ja veden väliseen stabiiliuteen
antiikista lähtien ihmiskunta on yrittänyt saada ei-polaarisia aineita liukenemaan vesipohjaisiin liuoksiin, jota kutsutaan emulgoinniksi. Munankeltuainen, joka sisältää runsaasti fosfatidyylikoliinia eli lesitiiniä, on emulgaattoreista vanhimpia. (Noihin aikoihin käyttäjät-kokista lääkäreihin-eivät ymmärtäneet emulgaation käsitettä, mutta he tiesivät, että munankeltuaiset auttoivat rasvaliukoisia aineita liukenemaan veteen.) Tämä pyrkimys menee paljon pidemmälle kuin vakaan italialaisen kastikkeen ja Kakkutaikinan tekeminen. Paljon tärkeämmät haasteet, kuten lääkkeiden imeytyminen polaarisesta ihmisen suolistoympäristöstä, vaativat sellaisten keinojen kehittämistä, joiden avulla öljy voi sekoittua veteen. Proviisorit ovat jo pitkään olleet huolissaan tästä prosessista, kuten tämä kirja-osio vuodelta 1911 osoittaa ”asiat, jotka kaikkien farmaseuttien tulisi tietää öljyjen emulgoitumisesta.”
joten mikä on emulgaattori? Yksinkertaisesti emulgaattori (tunnetaan myös pinta-aktiivisena aineena) on yhdiste, joka voi ”tarttua” sekä polaarisiin että ei-polaarisiin aineisiin, jolloin rasvaliukoiset aineet liukenevat veteen. Emulgaattoreita on kaikkialla luonnossa ja yhä enemmän kehittyneissä, huipputason elintarviketieteellisissä teknologioissa.
Emulgoiden luonnon tapaa
vaikka lyhyempi nimi lesitiini juontuu kreikan munankeltuaista tarkoittavasta sanasta, fosfatidyylikoliinia on itse asiassa kaikissa elävissä soluissa, ei vain kananmunissa. Sen rakenne koostuu negatiivisesti varautuneesta fosfaattirungosta, josta suspendoituvat pitkäketjuiset rasvahapot-toisin sanoen polaarinen pää, joka on sitoutunut pitkiin, ei — polaarisiin päihin. Fosfatidyylikoliini ja muut fosfolipidit muodostavat kaikki solut sulkevien kalvojen matriisin — fosfolipidikaksikon.
perinteiset emulgaattorit, kuten lesitiini, voivat auttaa öljyn ja veden sekoittumisessa. Jotta öljy-in-water-emulsio voidaan kuitenkin viedä seuraavalle tasolle – tuottaaksemme erittäin stabiilin öljy-in-water-emulsion ilman lisättyä tai muutettua makua tai haitallista ulkonäköä ja mahdollisimman suurella hyötyosuudella-meidän on rakennettava makromolekyylirakenteita, jotta voimme tehokkaasti antaa etsimämme ominaisuudet. Teknologista lähestymistapaa, jossa työskennellään tämän kokoisten molekyylien kanssa, kutsutaan nanoteknologiaksi. Kaksi käyttökelpoista emulsiota, joita voidaan luoda nanoteknologian avulla, ovat mikroemulsiot ja nanoemulsiot.
Mikroemulsiot
öljy-vesi-mikroemulsiot koostuvat pienten pisaroiden suspensioista, joiden rakenteet ovat melko samanlaiset kuin eläviä soluja ympäröivillä soluilla. Näistä tärkeimpiä ovat misellit. Misellit, kuten solukalvot, koostuvat fosfolipideistä. Sen sijaan, että misellien fosfolipidit olisi järjestetty litteisiin kaksikerroksisiin, ne on järjestetty pallomaisiin rakenteisiin siten, että niiden polaariset ”päät” ovat ulospäin (vesiliuoksessa) ja ei-polaariset ”hännät” sisäänpäin. Misellit ovat kuin pieniä kuplia, jotka levittäytyvät veteen parillisena sekoituksena, jota kutsutaan kolloidiksi. (Luonnollinen esimerkki kolloidista on maito. Se on läpinäkymätöntä, mutta maidon rasvat ja lipofiiliset ravintoaineet hajoavat tasaisesti maidon vesiemäkseen eivätkä erotu ajan myötä.) Kun rasvaliukoiset aineet laitetaan misellien sisään, ne ikään kuin sijoitetaan mukaviin polaarivaunuihin, jotka hajoavat tasaisesti vedessä, ja niiden rasvaiset matkustajat ovat vakaasti piilossa niiden sisällä.
Nanoteknologit käyttävät erilaisia kantajia, jotka toimivat samalla tavalla — kapseloivat tärkeän ei-polaarisen yhdisteen (kuten lääkkeen tai nutrakeuttisen elintarvikkeen) helpottaakseen yhdisteen liukoisuutta, stabiilisuutta epäsuotuisissa ympäristöolosuhteissa ja yhdisteen imeytymistä ruoansulatuskanavasta kehoon. Näitä kantajia ovat biopolymeerit, liposomit, kiinteälipidiset nanohiukkaset ja nanokuidut, muutamia mainitaksemme.
Kuinka tehdä Nanoemulsio
sekä mikroemulsiot että nanoemulsiot koostuvat alle 100 nanometrin kokoisista hiukkasista ja parantavat keskeisiä ominaisuuksia, kuten pitkän aikavälin stabiilisuutta, optista selkeyttä ja biologista hyötyosuutta. Nanomulsioissa on erikokoisia hiukkasia, kun taas mikroemulsioissa hiukkaset ovat yhtenäisiä. Ero nanoemulsioiden ja mikroemulsioiden välillä ei kuitenkaan ole niinkään koko kuin niiden toiminnalliset ominaisuudet ja niiden valmistustapa. Vaikka molemmat emulsiotyypit vaativat samanlaisia ainesosia-öljyä, vettä ja yhtä tai useampaa pinta — aktiivista ainetta-mikroemulsiot, jotka ovat termodynaamisesti stabiileja, spontaanisti kerääntyvät itsestään. Sen sijaan nanoemulsioita tehdään teknisillä prosesseilla, kuten mekaanisella leikkauksella tai sonikoinnilla, jotta saadaan aikaan pisaroita, joiden aallonpituudet ovat lyhyempiä kuin näkyvän valon aallonpituudet (ja siksi ihmissilmät näkevät ne kirkkaina). Näiden pienten hiukkasten luominen vaatii energian syöttämistä teknologian, kuten ultraäänen, korkeapaineventtiilihomogenisaattoreiden tai mikrofluidisaattoreiden kautta. Sitten, koska ne eivät ole termodynaamisesti stabiileja, kun ne on ensin luotu, on lisättävä stabilointiaine. Valitettavasti tämä prosessi ei ole suoraviivainen, ja sitä vaikeuttavat muut näkökohdat, kuten aktiivisen ainesosan hajoamisnopeuden valvonta, lämpötilan ja pH: n vakauden etsiminen ja ylivoimaisen katkeruuden käsittely, joka liittyy nanoemulsioihin, jotka on ladattu aktiivisilla ainesosilla, kuten CBD: llä tai THC: llä.
käyttövalmiit öljy-vesi-Emulsiotuotteet
nanoteknologia on yksi valtavista mahdollisuuksista, ja menetelmät öljy-vesi-stabiilisuuden saavuttamiseksi voivat olla sekä lukumäärältään että monimutkaisuudeltaan huimaavia. Jos olet pieni yritys, joka haluaa maksimoida lipofiilisten aineiden vakauden vesipohjassa, nanoteknologisten ratkaisujen tutkimus on todennäköisesti kohtuuttoman kallista. Onneksi Axiomm on tehnyt suurimman osan tutkimuksista puolestasi. ΜGOO -, µSHOT-ja µMIX-tuotteiden avulla voit aloittaa ennalta kehitetyillä kantajilla, jotka on suunniteltu luomaan tuotteeseesi upotettuja vakaita, öljy-vedessä-nanoemulsioita. Lisää vain ainutlaatuiset tuotekomponentit ja seuraa ohjeita. Voit vapaasti keskittyä tämmöisiin makuihin, väreihin ja tekstuuriin, Axiomm puolestaan hoitaa nanoemulsion teknisen työn. Mikä oli tulos? Helppo tapa kehittää paras versio oman ainutlaatuisen tuotteen asiakkaille.