Como Fazer Óleo-em-Água Nanoemulsions
por Claudia S. Copeland, Ph. D.
Óleo e água não se misturam, a menos que eles têm de ajuda, o que é. Essa ajuda é um conjunto cada vez mais sofisticado de opções para emulsão de óleo em água impulsionada pelo campo da nanotecnologia. Hoje em dia, é possível criar bebidas óleo-em-água e outros produtos que fornecem a biodisponibilidade máxima em uma emulsão que é opticamente clara e ambientalmente estável. Antes de entender como isso pode ser feito, primeiro devemos entender a natureza das substâncias polares e não polares e por que elas não se misturam naturalmente.
carga, polaridade e solubilidade
as palavras “polar ” e” não polar ” referem-se à natureza de todas as substâncias como sendo total ou parcialmente carregadas (por exemplo, água) ou sem carga (por exemplo, óleo). Quando se trata de produtos químicos, os opostos se atraem: substâncias com carga positiva são atraídas por substâncias com carga negativa. A carga geral da água pura (H2O) é zero — todos os elétrons carregados negativamente são equilibrados por prótons carregados positivamente — mas isso desmente a natureza dinâmica e verdadeira da água. Na realidade, a extremidade de oxigênio da molécula de H2O tem uma carga negativa parcial como resultado de elétrons gastando mais do seu tempo orbitando em torno dela. Isso deixa os átomos de hidrogênio relativamente livres de elétrons, dando-lhes uma carga positiva parcial. Essa polaridade das moléculas de H2O faz com que elas “grudem”, com o oxigênio carregado negativamente de uma molécula de água sendo atraído para a extremidade de hidrogênio carregada positivamente de outra molécula de água. Agora, se você adicionar outra substância carregada ou polar à água, como o sal de mesa, essa substância se dissolverá facilmente. Isso ocorre porque os íons de sódio carregados positivamente (Na+) do sal de mesa (NaCl) serão atraídos para a carga negativa parcial da extremidade de oxigênio da molécula de água, enquanto os íons de cloreto carregados negativamente (Cl–) serão atraídos para as extremidades de hidrogênio parcialmente positivas. Ambas as substâncias totalmente carregadas e parcialmente carregadas se dissolverão facilmente na água por causa da atração de cargas opostas.
substâncias não polares
compostos solúveis em óleo e gordura-ao contrário da água, sais e ácidos — não têm carga. Esses compostos são tradicionalmente chamados de hidrofóbicos-tementes à água-mas não é que eles temam moléculas de água ou que as moléculas de água sejam repelidas por eles. É que as moléculas de água não se importam com elas — elas são indiferentes — e, ao mesmo tempo, as moléculas de água são altamente atraídas umas pelas outras e por outras moléculas polares. O que acontece como resultado é que os compostos não polares ficam isolados — a princípio em bolhas e, eventualmente, em uma camada separada. Como molho para salada de óleo e vinagre, você pode agitar compostos polares e não polares e fazer com que se misturem, mas eles eventualmente se separarão novamente, formando camadas diferentes.
a busca pela estabilidade do óleo na água
desde a antiguidade, a humanidade vem tentando fazer com que substâncias não polares se dissolvam em soluções à base de água, um processo conhecido como emulsificação. A gema de ovo, que contém uma grande quantidade de fosfatidilcolina, ou lecitina, está entre os mais antigos emulsificantes. (Naqueles dias, os usuários — de cozinheiros a médicos-não entendiam o conceito de emulsificação, mas sabiam que as gemas ajudavam a dissolver substâncias solúveis em gordura na água.) Esta missão vai muito além de fazer molho italiano estável e massa de bolo. Desafios muito mais importantes, como a absorção de drogas do ambiente intestinal humano polar, exigem o desenvolvimento de maneiras de permitir que o óleo se misture com a água. Os farmacêuticos há muito se preocupam com esse processo, como evidenciado por esta seção do livro de 1911, sobre “coisas que todos os farmacêuticos devem saber sobre a emulsificação de óleos.”
então, o que é um emulsificante? Muito simplesmente, um emulsificante (também conhecido como surfactante) é um composto que pode “aderir” a substâncias polares e não polares, permitindo que substâncias lipossolúveis se dissolvam na água. Os emulsificantes são encontrados em toda a natureza e, cada vez mais, em tecnologias sofisticadas e de ponta em ciência de alimentos.
emulsionando a forma como a natureza faz isso
embora o nome mais curto lecitina provenha da palavra grega para gema de ovo, a fosfatidilcolina está realmente em todas as células vivas, não apenas ovos de galinha. Sua estrutura consiste em uma espinha dorsal de fosfato carregada negativamente a partir da qual os ácidos graxos de cadeia longa são suspensos-em outras palavras, uma extremidade polar ligada a extremidades longas e não polares. Fosfatidilcolina e outros tipos de fosfolipídios formam a matriz das membranas que envolvem todas as células — a bicamada fosfolipídica.
os emulsificantes tradicionais, como a lecitina, podem ajudar na mistura de óleo e água. No entanto, a fim de levar uma emulsão de óleo em água para o próximo nível-para produzir uma emulsão de óleo em água altamente estável sem sabor adicionado ou alterado ou aparência adversa e com o mais alto nível de biodisponibilidade-devemos construir estruturas macromoleculares para conferir eficientemente as propriedades que buscamos. A abordagem tecnológica de trabalhar com moléculas desse tamanho é chamada de nanotecnologia. Dois tipos de emulsões úteis que podem ser criadas através da nanotecnologia são microemulsões e nanoemulsões.
microemulsões
microemulsões óleo-em-água consistem em suspensões de pequenas gotículas com estruturas bastante semelhantes às que envolvem células vivas. Entre os mais importantes estão as micelas. Micelas, como membranas celulares, são feitas de fosfolipídios. Em vez de serem dispostos em bicamadas planas, porém, os fosfolipídios das micelas são dispostos em estruturas esféricas, com suas “cabeças” polares voltadas para fora (em uma solução aquosa) e suas “caudas” não polares voltadas para dentro. As micelas são como pequenas bolhas que se espalham na água em uma mistura uniforme chamada colóide. (Um exemplo natural de um colóide é o leite. É opaco, mas as gorduras e nutrientes lipofílicos no leite são uniformemente dispersos na base aquosa do leite e não se separam com o tempo.) Quando substâncias solúveis em gordura são colocadas dentro de micelas, é como se fossem colocadas em carruagens polares confortáveis que se dispersam uniformemente na água, com seus passageiros oleosos estavelmente escondidos dentro delas.
Nanotécnicos usar uma variedade de operadoras que funcionam de forma semelhante — encapsulamento de um composto apolar de interesse (tais como uma droga ou nutracêuticos alimento) para facilitar a estabilidade, solubilidade do composto em condições ambientais adversas e a absorção do composto a partir do trato GASTROINTESTINAL para o corpo. Esses portadores incluem biopolímeros, lipossomas, nanopartículas lipídicas sólidas e nanofibras, para citar alguns.
como fazer uma nanoemulsão
ambas as microemulsões e nanoemulsões consistem em partículas com menos de 100 nanômetros de tamanho e melhoram as principais características, como estabilidade a longo prazo, clareza óptica e biodisponibilidade. Nanoemulsões contêm partículas com tamanhos diferentes, enquanto as partículas em microemulsões serão uniformes. A diferença entre nanoemulsões e microemulsões, no entanto, não é tanto de tamanho quanto de suas características funcionais e como elas são feitas. Embora ambos os tipos de emulsão exijam ingredientes semelhantes-óleo, água e um ou mais surfactantes — as microemulsões, que são termodinamicamente estáveis, se auto-montam espontaneamente. Em contraste, as nanoemulsões são feitas usando processos tecnológicos como cisalhamento mecânico ou sonicação para criar gotículas com comprimentos de onda mais curtos do que os comprimentos de onda da luz visível (e, portanto, vistos pelos olhos humanos como claros). A criação destas partículas minúsculas exige a entrada da energia através da tecnologia tal como o ultrassom, os Homogeneizadores de alta pressão da válvula ou os microfluidizers. Então, como eles não são termodinamicamente estáveis quando são criados pela primeira vez, um estabilizador deve ser adicionado. Infelizmente, esse processo não é simples e é complicado por outras considerações, como controlar a taxa de degradação do ingrediente ativo, buscar estabilidade de temperatura e pH e lidar com o amargor esmagador que acompanha nanoemulsões carregadas com ingredientes ativos como CBD ou THC.
produtos de emulsão de óleo em água prontos para uso
o campo da nanotecnologia é uma das vastas possibilidades e os métodos para alcançar a estabilidade do óleo na água podem ser vertiginosos em número e complexidade. Se você é uma pequena empresa que procura maximizar a estabilidade de substâncias lipofílicas em uma base de água, a pesquisa em soluções nanotecnológicas provavelmente é proibitivamente cara. Felizmente, a Axiomm fez a maior parte da pesquisa para você. Com produtos como µGOO, µSHOT e µMIX, você pode começar com transportadores pré-desenvolvidos projetados para criar nanoemulsões estáveis de óleo em água infundidas com seu produto. Basta adicionar seus componentes exclusivos do produto e seguir as instruções. Você está livre para se concentrar em questões como gosto, cor e textura, enquanto Axiomm assume o trabalho técnico da nanoemulsão. O resultado? Uma maneira fácil de desenvolver a melhor versão do seu próprio produto exclusivo para seus clientes.