Hogyan készítsünk olaj-in-víz Nanoemulziók
Claudia S. Copeland, Ph.D.
olaj és a víz nem keverednek — hacsak nincs segítség, hogy van. Ez a segítség a nanotechnológia által vezérelt olaj-víz emulzió egyre kifinomultabb lehetőségei. Manapság lehetőség van olyan olaj-víz italok és egyéb termékek előállítására, amelyek maximális biológiai hozzáférhetőséget biztosítanak egy optikailag tiszta és környezetileg stabil emulzióban. Mielőtt azonban megértenénk, hogyan lehet ezt megtenni, először meg kell értenünk a poláris és nem poláros anyagok természetét, és azt, hogy miért nem keverednek természetesen.
töltés, polaritás és oldhatóság
a “poláris” és a “nem poláros” szavak az összes anyag teljes vagy részleges töltésű (például víz) vagy töltés nélküli (például olaj) jellegére utalnak. Amikor a vegyi anyagokról van szó, az ellentétek vonzódnak: a pozitív töltésű anyagokat a negatív töltésű anyagok vonzzák. A tiszta víz teljes töltése (H2O) nulla — minden negatív töltésű elektront pozitív töltésű protonok egyensúlyoznak—, de ez meghazudtolja a víz valódi, dinamikus természetét. A valóságban a H oxigén vége2o molekula részleges negatív töltéssel rendelkezik, mivel az elektronok több időt töltenek körülötte. Ez viszonylag elektronmentessé teszi a hidrogénatomokat, részleges pozitív töltést adva nekik. A H polaritása2o molekulák “összetapadnak”, az egyik vízmolekula negatív töltésű oxigénje vonzódik egy másik vízmolekula pozitív töltésű hidrogén végéhez.
most, ha egy másik töltött vagy poláros anyagot, például asztali sót ad a vízhez, az anyag könnyen feloldódik. Ennek oka az, hogy az asztali só (NaCl) pozitív töltésű nátriumionjai (Na+) vonzódnak a vízmolekula oxigén végének részleges negatív töltéséhez, míg a negatív töltésű kloridionok (Cl–) vonzódnak a részben pozitív hidrogénvégekhez. Mind a teljesen feltöltött, mind a részben feltöltött anyagok könnyen feloldódnak vízben az ellenkező töltések vonzása miatt.
nem poláros anyagok
az olaj és a zsírban oldódó vegyületek-ellentétben a vízzel, a sókkal és a savakkal — nem töltődnek. Ezeket a vegyületeket hagyományosan hidrofóbnak — vízfélőnek-nevezik, de nem arról van szó, hogy félnek a vízmolekuláktól, vagy hogy a vízmolekulákat taszítják. Csak a vízmolekulák nem törődnek velük-közömbösek—, ugyanakkor a vízmolekulák nagyon vonzódnak egymáshoz és más poláris molekulákhoz. Ennek eredményeként a nem poláros vegyületek izolálódnak — először buborékokban, végül külön rétegben. Mint az olaj-ecet salátaöntet, rázhatja a poláris és a nem poláros vegyületeket, és keverheti őket, de végül újra elválnak, különböző rétegeket képezve.
az olaj-víz stabilitás keresése
az ókor óta az emberiség megpróbálja elérni, hogy a nem poláros anyagok feloldódjanak vízbázisú oldatokban, ezt a folyamatot emulgeálásnak nevezik. A tojássárgája, amely nagy mennyiségű foszfatidilkolint vagy lecitint tartalmaz, az egyik legősibb emulgeálószer. (Akkoriban a felhasználók-a szakácsoktól az orvosokig-nem értették az emulgeálás fogalmát, de tudták, hogy a tojássárgája segített a zsírban oldódó anyagok vízben való feloldódásában.) Ez a küldetés messze túlmutat a stabil olasz öntettel és süteménytésztával. Sokkal fontosabb kihívások, mint például a gyógyszerek felszívódása a poláris emberi bélkörnyezetből, olyan módszerek kidolgozását szorgalmazzák, amelyek lehetővé teszik az olaj vízzel való keveredését. A gyógyszerészek már régóta foglalkoznak ezzel a folyamattal, amint azt az 1911-es könyvszakasz is bizonyítja: “minden gyógyszerésznek tudnia kell az olajok emulgeálásáról.”
Tehát mi az emulgeálószer? Egyszerűen az emulgeálószer (más néven felületaktív anyag) olyan vegyület, amely “tapadhat” mind a poláris, mind a nem poláros anyagokhoz, lehetővé téve a zsírban oldódó anyagok vízben való feloldódását. Az emulgeálószerek megtalálhatók a természetben, és egyre inkább a kifinomult, élvonalbeli Élelmiszer-tudományi technológiákban.
a természet emulgeálása
bár a rövidebb lecitin név a görög tojássárgája szóból származik, a foszfatidilkolin valójában minden élő sejtben megtalálható, nem csak a csirketojásokban. Szerkezete negatív töltésű foszfát gerincből áll, amelyből a hosszú láncú zsírsavak szuszpendálódnak-más szóval, hosszú, nem poláros végekhez kötött poláris vég. A foszfatidilkolin és más típusú foszfolipidek alkotják az összes sejtet körülvevő membránok mátrixát — a foszfolipid kettős réteget.
a hagyományos emulgeálószerek, például a lecitin, segíthetnek az olaj és a víz keverésében. Ahhoz azonban, hogy az olaj a vízben emulziót a következő szintre emeljük-hogy rendkívül stabil olaj a vízben emulziót hozzunk létre hozzáadott vagy megváltozott íz vagy káros megjelenés nélkül, és a legmagasabb biológiai hozzáférhetőség mellett-makromolekuláris struktúrákat kell felépítenünk, hogy hatékonyan biztosítsuk a kívánt tulajdonságokat. Az ilyen méretű molekulákkal való munka technológiai megközelítését nanotechnológiának nevezik. A nanotechnológiával létrehozható hasznos emulziók két típusa a mikroemulziók és a nanoemulziók.
Mikroemulziók
az olaj-víz mikroemulziók apró cseppek szuszpenzióiból állnak, amelyek szerkezete meglehetősen hasonló az élő sejteket körülvevő szerkezetekhez. Ezek közül a legfontosabbak a micellák. A micellák, mint a sejtmembránok, foszfolipidekből készülnek. Ahelyett, hogy lapos kétrétegekbe rendeződnének, a micellák foszfolipidjei gömb alakú szerkezetekben vannak elrendezve, poláris “fejük” kifelé (vizes oldatban), nem poláros “farkuk” pedig befelé néz. A micellák olyanok, mint az apró buborékok, amelyek vízben egyenletes keverékben, kolloidnak nevezik. (A kolloid természetes példája a tej. Átlátszatlan, de a tejben lévő zsírok és lipofil tápanyagok egyenletesen diszpergálódnak a tej vizes bázisában, és idővel nem válnak szét.) Amikor zsírban oldódó anyagokat helyeznek a micellákba, olyan, mintha kényelmes sarki kocsikba helyeznék őket, amelyek egyenletesen oszlanak el a vízben, olajos utasaik stabilan el vannak rejtve bennük.
a Nanotechnológusok különféle hordozókat használnak, amelyek hasonló módon működnek — egy nem poláros vegyület (például gyógyszer vagy táplálkozási élelmiszer) kapszulázásával megkönnyítik az oldhatóságot, a vegyület stabilitását kedvezőtlen környezeti körülmények között és a vegyület felszívódását a gyomor-bél traktusból a testbe. Ezek a hordozók közé tartoznak a biopolimerek, liposzómák, szilárd lipid nanorészecskék és nanoszálak, hogy csak néhányat említsünk.
Hogyan készítsünk Nanoemulziót
mind a mikroemulziók, mind a nanoemulziók 100 nanométernél kisebb méretű részecskékből állnak, és javítják a legfontosabb jellemzőket, mint például a hosszú távú stabilitás, az optikai tisztaság és a biológiai hozzáférhetőség. A nanoemulziók különböző méretű részecskéket tartalmaznak, míg a mikroemulziókban lévő részecskék egységesek lesznek. A nanoemulziók és a mikroemulziók közötti különbség azonban nem annyira a méret, mint a funkcionális jellemzők és a gyártás módja. Míg mindkét típusú emulzió hasonló összetevőket igényel-olaj, víz és egy vagy több felületaktív anyag—, a termodinamikailag stabil mikroemulziók spontán módon összeállnak. Ezzel szemben a nanoemulziók olyan technológiai eljárásokkal készülnek, mint a mechanikus nyírás vagy az ultrahangos kezelés, hogy a látható fény hullámhosszánál rövidebb hullámhosszúságú cseppeket hozzanak létre (és ezért az emberi szem tisztán látja). Ezeknek az apró részecskéknek a létrehozása energiát igényel olyan technológiákon keresztül, mint az ultrahang, a nagynyomású szelep homogenizátorok vagy a mikrofluidizátorok. Ezután, mivel az első létrehozáskor nem termodinamikailag stabilak, stabilizátort kell hozzáadni. Sajnos ez a folyamat nem egyszerű, és más megfontolások is bonyolítják, mint például a hatóanyag lebomlási sebességének ellenőrzése, a hőmérséklet és a pH-stabilitás keresése, valamint a nanoemulziókat kísérő nyomasztó keserűség kezelése olyan aktív összetevőkkel, mint a CBD vagy a THC.
használatra kész olaj-víz emulziós termékek
a nanotechnológia területe hatalmas lehetőségek egyike, és az olaj-víz stabilitás elérésének módszerei mind számukban, mind összetettségükben szédítőek lehetnek. Ha Ön egy kis cég, amely maximalizálja a lipofil anyagok stabilitását egy vízbázisban, akkor a nanotechnológiai megoldások kutatása valószínűleg megfizethetetlenül drága. Szerencsére az Axiomm elvégezte a kutatás nagy részét az Ön számára. Termékek, mint µGOO, µSHOT, valamint µMIX, akkor elindul előre kidolgozott fuvarozók célja, hogy hozzon létre stabil olaj-víz nanoemulsions átitatva a terméket. Csak adja hozzá egyedi termékösszetevőit, és kövesse az utasításokat. Szabadon összpontosíthat olyan kérdésekre, mint az íz, a szín és a textúra, míg az Axiomm átveszi a nanoemulzió technikai munkáját. Az eredmény? Egyszerű módja annak, hogy saját egyedi termékének legjobb verzióját fejlessze ügyfelei számára.