jak zrobić Nanoemulsje olej w wodzie
by Claudia S. Copeland, Ph.D.
olej i woda nie mieszają się — chyba że mają Pomoc, To znaczy. Pomoc ta jest coraz bardziej wyrafinowanym zestawem opcji emulsji olej w wodzie napędzanych przez dziedzinę nanotechnologii. Obecnie możliwe jest tworzenie napojów olej w wodzie i innych produktów, które zapewniają maksymalną biodostępność w emulsji, która jest optycznie przejrzysta i stabilna dla środowiska. Zanim jednak zrozumiemy, jak można to zrobić, najpierw musimy zrozumieć naturę substancji polarnych i Niepolarnych i dlaczego nie mieszają się one naturalnie.
ładunek, polaryzacja i rozpuszczalność
słowa „polarny ” i” niepolarny ” odnoszą się do natury wszystkich substancji jako całkowicie lub częściowo naładowanych (na przykład woda) lub nie naładowanych (na przykład olej). Jeśli chodzi o chemikalia, przeciwieństwa przyciągają: substancje o ładunku dodatnim przyciągają substancje o ładunku ujemnym. Całkowity ładunek czystej wody (H2O) jest zerowy — wszystkie ujemnie naładowane elektrony są zrównoważone przez dodatnio naładowane protony — ale to przeczy prawdziwej, dynamicznej naturze wody. W rzeczywistości tlen w cząsteczce H2O ma częściowy ładunek ujemny w wyniku tego, że elektrony spędzają więcej czasu wokół niego. Pozostawia to atomy wodoru stosunkowo wolne od elektronów, dając im częściowy ładunek dodatni. Ta polaryzacja cząsteczek H2O powoduje, że” sklejają się ” razem, a ujemnie naładowany tlen jednej cząsteczki wody jest przyciągany do dodatnio naładowanego końca wodoru innej cząsteczki wody.
teraz, jeśli dodasz do wody inną naładowaną lub polarną substancję, taką jak sól kuchenna, substancja ta łatwo się rozpuści. Dzieje się tak, ponieważ dodatnio naładowane jony sodu (Na+) soli kuchennej (NaCl) będą przyciągane do częściowego ujemnego ładunku tlenu końca cząsteczki wody, podczas gdy ujemnie naładowane jony chlorkowe (CL–) będą przyciągane do częściowo dodatnich końców wodoru. Zarówno w pełni naładowane, jak i częściowo naładowane substancje łatwo rozpuszczają się w wodzie z powodu przyciągania przeciwnych ładunków.
substancje niepolarne
związki rozpuszczalne w oleju i tłuszczach-w przeciwieństwie do wody, soli i kwasów – nie mają ładunku. Związki te są tradycyjnie nazywane hydrofobowymi-bojącymi się wody-ale nie jest tak, że boją się cząsteczek wody lub że cząsteczki wody są przez nie odpychane. Chodzi o to, że cząsteczki wody nie dbają o nie-są obojętne – a jednocześnie cząsteczki wody są bardzo przyciągane do siebie nawzajem i do innych cząsteczek polarnych. W rezultacie związki niepolarne zostają wyizolowane-najpierw w pęcherzykach, a ostatecznie w osobnej warstwie. Podobnie jak sos sałatkowy z olejem i octem, możesz wstrząsnąć polarnymi i niepolarnymi związkami i zmusić je do wymieszania, ale ostatecznie ponownie się rozdzielą, tworząc różne warstwy.
dążenie do stabilności oleju w wodzie
od starożytności ludzkość stara się, aby substancje niepolarne rozpuszczały się w roztworach na bazie wody, w procesie znanym jako emulgowanie. Żółtko jaja, które zawiera dużą ilość fosfatydylocholiny lub lecytyny, jest jednym z najstarszych emulgatorów. (W tamtych czasach użytkownicy-od kucharzy po lekarzy – nie rozumieli pojęcia emulgowania, ale wiedzieli, że żółtka jaj pomagają rozpuszczać substancje rozpuszczalne w tłuszczach w wodzie.) Ta misja wykracza daleko poza tworzenie stabilnego włoskiego dressingu i ciasta. Znacznie ważniejsze wyzwania, takie jak wchłanianie leków z polarnego środowiska jelitowego człowieka, wymagają opracowania sposobów mieszania oleju z wodą. Farmaceuci od dawna zajmują się tym procesem, o czym świadczy ta część książki z 1911 r., na temat ” rzeczy, które wszyscy farmaceuci powinni wiedzieć o emulgowaniu olejów.”
co to jest emulgator? Po prostu emulgator (znany również jako środek powierzchniowo czynny) jest związkiem, który może „przyklejać się” zarówno do substancji polarnych, jak i Niepolarnych, umożliwiając rozpuszczanie substancji rozpuszczalnych w tłuszczach w wodzie. Emulgatory znajdują się w przyrodzie, a coraz częściej w zaawansowanych, najnowocześniejszych technologiach nauki o żywności.
emulgowanie w sposób, w jaki robi to natura
chociaż krótsza nazwa lecytyna pochodzi od greckiego słowa oznaczającego żółtko jaja, Fosfatydylocholina jest w rzeczywistości we wszystkich żywych komórkach, nie tylko w jajach kurzych. Jego struktura składa się z ujemnie naładowanego szkieletu fosforanowego, z którego zawieszone są długołańcuchowe kwasy tłuszczowe-innymi słowy, koniec polarny związany z długimi, niepolarnymi końcami. Fosfatydylocholina i inne rodzaje fosfolipidów tworzą matrycę błon otaczających wszystkie komórki-dwuwarstwę fosfolipidową.
tradycyjne emulgatory, takie jak lecytyna, mogą pomóc w mieszaniu oleju i wody. Jednak, aby przenieść emulsję olej w wodzie na wyższy poziom-aby wytworzyć wysoce stabilną emulsję olej w wodzie bez dodatku lub zmienionego smaku lub niekorzystnego wyglądu i z najwyższym poziomem biodostępności-musimy zbudować struktury makromolekularne, aby skutecznie nadawać właściwości, których szukamy. Technologiczne podejście pracy z cząsteczkami tej wielkości nazywa się nanotechnologią. Dwa rodzaje użytecznych emulsji, które mogą być tworzone za pomocą nanotechnologii są mikroemulsje i nanoemulsje.
Mikroemulsje
mikroemulsje olej w wodzie składają się z zawiesin drobnych kropelek o strukturach dość podobnych do tych otaczających żywe komórki. Do najważniejszych z nich należą micele. Micele, podobnie jak błony komórkowe, zbudowane są z fosfolipidów. Zamiast być ułożone w płaskie dwuwarstwy, fosfolipidy Miceli są ułożone w kuliste struktury, z ich polarnymi ” głowami „skierowanymi na zewnątrz (w roztworze wodnym) i ich niepolarnymi” ogonami ” skierowanymi do wewnątrz. Micele są jak małe pęcherzyki, które rozprzestrzeniają się w wodzie w równomiernej mieszaninie zwanej koloidem. (Naturalnym przykładem koloidu jest mleko. Jest nieprzezroczysty, ale tłuszcze i lipofilne składniki odżywcze w mleku są równomiernie rozproszone w wodnej bazie mleka i nie oddzielają się z czasem.) Kiedy substancje rozpuszczalne w tłuszczach są umieszczane w micelach, to tak, jakby były umieszczane w wygodnych wózkach polarnych, które równomiernie rozpraszają się w wodzie, a ich tłuste pasażerowie stabilnie schowani w nich.
Nanotechnolodzy używają różnych nośników, które działają w podobny sposób-zamykają niepolarny związek będący przedmiotem zainteresowania (taki jak lek lub nutraceutyczny produkt spożywczy) w celu ułatwienia rozpuszczalności, stabilności związku w niekorzystnych warunkach środowiskowych i absorpcji związku z przewodu pokarmowego do organizmu. Nośniki te obejmują biopolimery, liposomy, nanocząstki lipidów stałych i nanowłókna, aby wymienić tylko kilka.
jak zrobić Nanoemulsję
zarówno mikroemulsje, jak i nanoemulsje składają się z cząstek o rozmiarze mniejszym niż 100 nanometrów i poprawiają kluczowe cechy, takie jak długoterminowa stabilność, klarowność optyczna i biodostępność. Nanoemulsje zawierają cząstki o różnych rozmiarach, podczas gdy cząstki w mikroemulsjach będą jednolite. Różnica między nanoemulsjami i mikroemulsjami nie jest jednak tak duża, jak ich cechy funkcjonalne i sposób ich wytwarzania. Podczas gdy oba rodzaje emulsji wymagają podobnych składników-oleju, wody i jednego lub więcej środków powierzchniowo czynnych-mikroemulsje, które są stabilne termodynamicznie, samoistnie się złożą. W przeciwieństwie do tego, nanoemulsje są wytwarzane przy użyciu procesów technologicznych, takich jak mechaniczne ścinanie lub sonikacja, aby tworzyć krople o długościach fal krótszych niż długości fal światła widzialnego (a zatem postrzegane przez ludzkie oczy jako jasne). Tworzenie tych drobnych cząstek wymaga wprowadzania energii za pomocą technologii takich jak ultradźwięki, homogenizatory wysokociśnieniowe lub mikrofluidyzatory. Następnie, ponieważ nie są termodynamicznie stabilne podczas ich tworzenia, należy dodać stabilizator. Niestety, proces ten nie jest prosty i jest skomplikowany przez inne względy, takie jak kontrolowanie szybkości degradacji składnika aktywnego, poszukiwanie stabilności temperatury i pH oraz radzenie sobie z przytłaczającą goryczą, która towarzyszy nanoemulsjom obciążonym aktywnymi składnikami, takimi jak CBD lub THC.
gotowe do użycia produkty emulsji olej w wodzie
dziedzina nanotechnologii jest jedną z ogromnych możliwości, a metody osiągnięcia stabilności oleju w wodzie mogą być oszałamiające zarówno pod względem liczby, jak i złożoności. Jeśli jesteś małą firmą, która chce zmaksymalizować stabilność substancji lipofilowych w bazie wodnej, badania nad rozwiązaniami nanotechnologicznymi są najprawdopodobniej zbyt drogie. Na szczęście Axiomm wykonał większość badań za Ciebie. W przypadku produktów takich jak µGOO, µSHOT i µMIX możesz zacząć od wstępnie opracowanych nośników zaprojektowanych do tworzenia stabilnych nanoemulsji typu olej w wodzie w połączeniu z produktem. Wystarczy dodać unikalne komponenty produktu i postępować zgodnie ze wskazówkami. Możesz skupić się na kwestiach takich jak smak, kolor i Tekstura, podczas gdy Axiomm przejmuje pracę techniczną nanoemulsji. Wynik? Łatwy sposób na opracowanie najlepszej wersji własnego unikalnego produktu dla Twoich klientów.