Comment faire des Nanoémulsions Huile-dans-l’eau
par Claudia S. Copeland, Ph.D.
L’huile et l’eau ne se mélangent pas — à moins qu’elles n’aient de l’aide, c’est-à-dire. Cette aide est un ensemble de plus en plus sophistiqué d’options pour l’émulsion huile-dans-eau entraînée par le domaine de la nanotechnologie. De nos jours, il est possible de créer des boissons à base d’huile dans l’eau et d’autres produits offrant une biodisponibilité maximale dans une émulsion optiquement claire et stable sur le plan environnemental. Avant de comprendre comment cela peut être fait, cependant, nous devons d’abord comprendre la nature des substances polaires et non polaires et pourquoi elles ne se mélangent pas naturellement.
Charge, polarité et solubilité
Les mots « polaire » et « non polaire » désignent la nature de toutes les substances comme étant entièrement ou partiellement chargées (par exemple, l’eau) ou n’ayant aucune charge (par exemple, l’huile). En ce qui concerne les produits chimiques, les contraires s’attirent: les substances ayant une charge positive sont attirées par des substances ayant une charge négative. La charge globale de l’eau pure (H2O) est nulle — tous les électrons chargés négativement sont équilibrés par des protons chargés positivement — mais cela dément la véritable nature dynamique de l’eau. En réalité, l’extrémité oxygène de la molécule H2O a une charge négative partielle en raison du fait que les électrons passent plus de temps en orbite autour d’elle. Cela laisse les atomes d’hydrogène relativement libres d’électrons, leur donnant une charge positive partielle. Cette polarité des molécules d’H2O les fait « coller » ensemble, l’oxygène chargé négativement d’une molécule d’eau étant attiré par l’extrémité d’hydrogène chargé positivement d’une autre molécule d’eau.
Maintenant, si vous ajoutez une autre substance chargée ou polaire à l’eau, comme du sel de table, cette substance se dissoudra facilement. En effet, les ions sodium chargés positivement (Na +) du sel de table (NaCl) seront attirés par la charge négative partielle de l’extrémité oxygène de la molécule d’eau, tandis que les ions chlorure chargés négativement (Cl–) seront attirés par les extrémités hydrogène partiellement positives. Les substances complètement chargées et partiellement chargées se dissolvent facilement dans l’eau en raison de l’attraction de charges opposées.
Substances non polaires
Les composés solubles dans l’huile et les graisses – contrairement à l’eau, aux sels et aux acides — sont gratuits. Ces composés sont traditionnellement appelés hydrophobes – craignant l’eau — mais ce n’est pas qu’ils craignent les molécules d’eau ou que les molécules d’eau sont repoussées par elles. C’est juste que les molécules d’eau ne se soucient pas d’elles — elles sont indifférentes — et en même temps, les molécules d’eau sont fortement attirées les unes par les autres et par d’autres molécules polaires. Ce qui se produit en conséquence, c’est que les composés apolaires sont isolés — d’abord dans des bulles et finalement dans une couche séparée. Comme la vinaigrette à l’huile et au vinaigre, vous pouvez agiter les composés polaires et non polaires et les faire mélanger, mais ils finiront par se séparer à nouveau, formant différentes couches.
La recherche de la stabilité de l’huile dans l’eau
Depuis l’Antiquité, l’humanité tente de dissoudre des substances apolaires dans des solutions à base d’eau, un processus appelé émulsification. Le jaune d’oeuf, qui contient une grande quantité de phosphatidylcholine, ou lécithine, est l’un des émulsifiants les plus anciens. (À cette époque, les utilisateurs — des cuisiniers aux médecins — ne comprenaient pas le concept d’émulsification, mais ils savaient que les jaunes d’œufs aidaient les substances liposolubles à se dissoudre dans l’eau.) Cette quête va bien au-delà de la préparation d’une vinaigrette italienne stable et d’une pâte à gâteau. Des défis beaucoup plus importants, tels que l’absorption de médicaments dans l’environnement intestinal humain polaire, nécessitent le développement de moyens permettant au pétrole de se mélanger à l’eau. Les pharmaciens sont depuis longtemps concernés par ce processus, comme en témoigne cette section de livre de 1911, sur « ce que tous les pharmaciens devraient savoir sur l’émulsification des huiles. »
Alors, qu’est-ce qu’un émulsifiant? Tout simplement, un émulsifiant (également connu sous le nom de tensioactif) est un composé qui peut « coller » aux substances polaires et apolaires, permettant aux substances liposolubles de se dissoudre dans l’eau. Les émulsifiants sont présents dans toute la nature et, de plus en plus, dans les technologies sophistiquées et de pointe des sciences alimentaires.
Émulsionner Comme le fait la Nature
Bien que le nom plus court lécithine provienne du mot grec pour jaune d’oeuf, la phosphatidylcholine se trouve en fait dans toutes les cellules vivantes, pas seulement dans les œufs de poule. Sa structure est constituée d’un squelette phosphaté chargé négativement à partir duquel des acides gras à longue chaîne sont suspendus – en d’autres termes, une extrémité polaire liée à de longues extrémités non polaires. La phosphatidylcholine et d’autres types de phospholipides forment la matrice des membranes enfermant toutes les cellules — la bicouche de phospholipides.
Les émulsifiants traditionnels, tels que la lécithine, peuvent aider à mélanger l’huile et l’eau. Cependant, afin de faire passer une émulsion huile-dans-eau au niveau supérieur — pour produire une émulsion huile-dans-eau très stable sans ajout ou altération de goût ou d’aspect indésirable et avec le plus haut niveau de biodisponibilité — nous devons construire des structures macromoléculaires pour conférer efficacement les propriétés que nous recherchons. L’approche technologique consistant à travailler avec des molécules de cette taille s’appelle la nanotechnologie. Deux types d’émulsions utiles qui peuvent être créées par la nanotechnologie sont les microémulsions et les nanoémulsions.
Microémulsions
Les microémulsions huile-dans-eau sont constituées de suspensions de minuscules gouttelettes dont les structures sont assez similaires à celles renfermant des cellules vivantes. Parmi les plus importants d’entre eux figurent les micelles. Les micelles, comme les membranes cellulaires, sont constituées de phospholipides. Au lieu d’être disposés en bicouches plates, cependant, les phospholipides des micelles sont disposés en structures sphériques, avec leurs « têtes » polaires tournées vers l’extérieur (en solution aqueuse) et leurs « queues » non polaires tournées vers l’intérieur. Les micelles sont comme de minuscules bulles qui se répandent dans l’eau dans un mélange uniforme appelé colloïde. (Un exemple naturel de colloïde est le lait. Il est opaque, mais les graisses et les nutriments lipophiles du lait sont uniformément dispersés dans la base aqueuse du lait et ne se séparent pas avec le temps.) Lorsque des substances liposolubles sont placées à l’intérieur de micelles, c’est comme si elles étaient placées dans des voitures polaires confortables qui se dispersent uniformément dans l’eau, avec leurs passagers huileux cachés de manière stable à l’intérieur.
Les nanotechnologues utilisent une variété de supports qui fonctionnent de manière similaire — encapsuler un composé non polaire d’intérêt (tel qu’un médicament ou un aliment nutraceutique) pour faciliter la solubilité, la stabilité du composé dans des conditions environnementales défavorables et l’absorption du composé du tractus gastro-intestinal dans le corps. Ces supports comprennent des biopolymères, des liposomes, des nanoparticules solides lipidiques et des nanofibres, pour n’en nommer que quelques-uns.
Comment fabriquer une nanoémulsion
Les microémulsions et les nanoémulsions sont constituées de particules de moins de 100 nanomètres et améliorent des caractéristiques clés telles que la stabilité à long terme, la clarté optique et la biodisponibilité. Les nanoémulsions contiennent des particules de tailles différentes, alors que les particules des microémulsions seront uniformes. La différence entre les nanoémulsions et les microémulsions, cependant, n’est pas tant de taille que de leurs caractéristiques fonctionnelles et de la façon dont elles sont fabriquées. Alors que les deux types d’émulsion nécessitent des ingrédients similaires — huile, eau et un ou plusieurs tensioactifs — les microémulsions, qui sont thermodynamiquement stables, s’auto-assemblent spontanément. En revanche, les nanoémulsions sont fabriquées à l’aide de processus technologiques tels que le cisaillement mécanique ou la sonication pour créer des gouttelettes dont les longueurs d’onde sont plus courtes que les longueurs d’onde de la lumière visible (et donc vues par les yeux humains comme claires). La création de ces minuscules particules nécessite l’apport d’énergie via des technologies telles que les ultrasons, les homogénéisateurs de vannes à haute pression ou les microfluidizers. Ensuite, comme ils ne sont pas thermodynamiquement stables lors de leur création, un stabilisateur doit être ajouté. Malheureusement, ce processus n’est pas simple et est compliqué par d’autres considérations telles que le contrôle du taux de dégradation de l’ingrédient actif, la recherche de la stabilité de la température et du pH et la gestion de l’amertume écrasante qui accompagne les nanoémulsions chargées d’ingrédients actifs tels que le CBD ou le THC.
Produits d’émulsion Huile-dans-eau prêts à l’emploi
Le domaine de la nanotechnologie est l’un des vastes possibilités et les méthodes permettant d’atteindre la stabilité huile-dans-eau peuvent être vertigineuses en nombre et en complexité. Si vous êtes une petite entreprise qui cherche à maximiser la stabilité des substances lipophiles dans une base aqueuse, la recherche de solutions nanotechnologiques est très probablement prohibitive. Heureusement, Axiomm a fait l’essentiel de la recherche pour vous. Avec des produits tels que µGOO, µSHOT et µMIX, vous pouvez commencer avec des supports pré-développés conçus pour créer des nanoémulsions stables dans l’huile et l’eau infusées avec votre produit. Ajoutez simplement les composants uniques de votre produit et suivez les instructions. Vous êtes libre de vous concentrer sur des questions telles que le goût, la couleur et la texture, tandis qu’Axiomm prend en charge le travail technique de la nanoémulsion. Le résultat ? Un moyen facile de développer la meilleure version de votre propre produit unique pour vos clients.