hur man gör olja-i-vatten Nanoemulsioner
av Claudia S. Copeland, Ph.D.
olja och vatten blandar inte — om de inte har hjälp, det vill säga. Den hjälpen är en alltmer sofistikerad uppsättning alternativ för olja-i-vatten-emulsion som drivs av nanoteknikområdet. Numera är det möjligt att skapa olje-i-vatten-drycker och andra produkter som ger maximal biotillgänglighet i en emulsion som är optiskt klar och miljöstabil. Innan vi förstår hur detta kan göras måste vi först förstå naturen hos polära och icke-polära ämnen och varför de inte naturligt blandas.
laddning, polaritet och löslighet
orden ”polär” och ”icke-polär” hänvisar till alla ämnens natur som antingen helt eller delvis laddade (till exempel vatten) eller utan laddning (till exempel olja). När det gäller kemikalier lockar motsatser: ämnen med positiv laddning lockas till ämnen med negativ laddning. Den totala laddningen av rent vatten (H2O) är noll — alla negativt laddade elektroner balanseras av positivt laddade protoner — men det motsäger vattnets sanna, dynamiska natur. I verkligheten har syreänden på H2O-molekylen en partiell negativ laddning som ett resultat av att elektroner spenderar mer av sin tid kring den. Detta lämnar väteatomerna relativt elektronfria, vilket ger dem en partiell positiv laddning. Denna polaritet av H2O-molekyler får dem att” hålla fast ” tillsammans, med det negativt laddade syret i en vattenmolekyl som lockas till den positivt laddade väteänden i en annan vattenmolekyl.
nu, om du lägger till en annan laddad eller polär substans i vatten, såsom bordsalt, kommer det ämnet lätt att lösas upp. Detta beror på att de positivt laddade natriumjonerna (Na+) av bordsalt (NaCl) kommer att lockas till den partiella negativa laddningen av syreänden av vattenmolekylen, medan de negativt laddade kloridjonerna (Cl–) kommer att lockas till de delvis positiva väteändarna. Både fulladdade och delvis laddade ämnen löses lätt upp i vatten på grund av attraktion av motsatta laddningar.
icke-polära ämnen
olja och fettlösliga föreningar — till skillnad från vatten, salter och syror — har ingen laddning. Dessa föreningar kallas traditionellt hydrofoba-vattenfruktande-men det är inte så att de fruktar vattenmolekyler eller att vattenmolekyler avvisas av dem. Det är bara att vattenmolekyler inte bryr sig om dem — de är likgiltiga — och samtidigt är vattenmolekyler mycket lockade till varandra och till andra polära molekyler. Vad som händer som ett resultat är att de icke — polära föreningarna isoleras-först i bubblor och så småningom i ett separat lager. Liksom salladsdressing med olja och vinäger kan du skaka polära och icke-polära föreningar och få dem att blanda, men de kommer så småningom att separera igen och bilda olika lager.
strävan efter olja-i-vatten stabilitet
sedan antiken har mänskligheten försökt få icke-polära ämnen att lösa upp i vattenbaserade lösningar, en process som kallas emulgering. Äggula, som innehåller en hög mängd fosfatidylkolin, eller lecitin, är bland de äldsta av emulgeringsmedel. (På den tiden förstod användarna — från kockar till läkare — inte begreppet emulgering, men de visste att äggulor hjälpte fettlösliga ämnen att lösa upp i vatten.) Denna strävan går långt utöver att göra stabil italiensk dressing och kaka smet. Mycket viktigare utmaningar, såsom absorption av läkemedel från den polära mänskliga tarmmiljön, kräver utveckling av sätt att låta olja blandas med vatten. Apotekare har länge varit bekymrade över denna process, vilket framgår av detta bokavsnitt från 1911, om ”saker som alla apotekare borde veta om emulgering av oljor.”
så, vad är ett emulgeringsmedel? Helt enkelt är ett emulgeringsmedel (även känt som ett ytaktivt medel) en förening som kan ”hålla fast” vid både polära och icke-polära ämnen, vilket gör att fettlösliga ämnen kan lösas upp i vatten. Emulgeringsmedel finns i hela naturen och i allt högre grad i sofistikerad, avancerad matvetenskapsteknik.
emulgera hur naturen gör det
även om det kortare namnet lecitin härstammar från det grekiska ordet för äggula, är fosfatidylkolin faktiskt i alla levande celler, inte bara kycklingägg. Dess struktur består av en negativt laddad fosfatryggrad från vilken långkedjiga fettsyror suspenderas-med andra ord en polär ände bunden till långa, icke — polära ändar. Fosfatidylkolin och andra typer av fosfolipider bildar matrisen i membranen som omsluter alla celler — fosfolipid-dubbelskiktet.
traditionella emulgeringsmedel, såsom lecitin, kan hjälpa olja och vattenblandning. För att ta en olja-i-vatten — emulsion till nästa nivå-för att producera en mycket stabil olja-i — vatten-emulsion utan tillsatt eller förändrad smak eller negativt utseende och med högsta biotillgänglighet-måste vi bygga makromolekylära strukturer för att effektivt ge de egenskaper Vi söker. Det tekniska tillvägagångssättet att arbeta med molekyler av denna storlek kallas nanoteknik. Två typer av användbara emulsioner som kan skapas genom nanoteknik är mikroemulsioner och nanoemulsioner.
Mikroemulsioner
olja-i-vatten-mikroemulsioner består av suspensioner av små droppar med strukturer som är ganska lika de som omsluter levande celler. Bland de viktigaste av dessa är miceller. Miceller, som cellmembran, är gjorda av fosfolipider. Istället för att ordnas i platta dubbelskikt är emellertid fosfolipiderna av miceller anordnade i sfäriska strukturer, med sina polära ”huvuden” vända utåt (i en vattenlösning) och deras icke-polära ”svansar” vända inåt. Miceller är som små bubblor som sprids ut i vatten i en jämn blandning som kallas kolloid. (Ett naturligt exempel på en kolloid är mjölk. Det är ogenomskinligt, men fetterna och lipofila näringsämnena i mjölken sprids jämnt i mjölkens vattenhaltiga bas och separeras inte över tiden.) När fettlösliga ämnen placeras inuti miceller, är det som om de placeras i bekväma polära vagnar som sprids jämnt i vatten, med sina oljiga passagerare stabilt undanstoppade inuti dem.
Nanoteknologer använder en mängd olika bärare som fungerar på ett liknande sätt — inkapslar en icke-polär förening av intresse (såsom ett läkemedel eller nutraceutical matartikel) för att underlätta löslighet, stabilitet av föreningen i ogynnsamma miljöförhållanden och absorption av föreningen från GI-kanalen in i kroppen. Dessa bärare inkluderar biopolymerer, liposomer, fast-lipid nanopartiklar och nanofibrer, för att nämna några.
hur man gör en Nanoemulsion
både mikroemulsioner och nanoemulsioner består av partiklar mindre än 100 nanometer i storlek och förbättrar viktiga funktioner som långsiktig stabilitet, optisk klarhet och biotillgänglighet. Nanoemulsioner innehåller partiklar med olika storlekar, medan partiklarna i mikroemulsioner kommer att vara enhetliga. Skillnaden mellan nanoemulsioner och mikroemulsioner är emellertid inte så mycket en av storlek som av deras funktionella egenskaper och hur de görs. Medan båda typerna av emulsion kräver liknande ingredienser-olja, vatten och en eller flera ytaktiva ämnen — mikroemulsioner, som är termodynamiskt stabila, kommer spontant att självmonteras. I kontrast, nanoemulsioner görs med hjälp av tekniska processer som mekanisk klippning eller ultraljudsbehandling för att skapa droppar med våglängder kortare än våglängderna av synligt ljus (och därför ses av mänskliga ögon som klart). Skapandet av dessa små partiklar kräver inmatning av energi via teknik som ultraljud, högtrycksventilhomogenisatorer eller mikrofluidisatorer. Då, eftersom de inte är termodynamiskt stabila när de först skapas, måste en stabilisator läggas till. Tyvärr är denna process inte enkel och kompliceras av andra överväganden som att kontrollera nedbrytningshastigheten för den aktiva ingrediensen, söka temperatur och pH-stabilitet och hantera den överväldigande bitterheten som åtföljer nanoemulsioner laddade med aktiva ingredienser som CBD eller THC.
färdiga att använda olja-i-vatten Emulsion produkter
området för nanoteknik är en av stora möjligheter och metoderna för att uppnå olja-i-vatten stabilitet kan vara svindlande i antal samt komplexitet. Om du är ett litet företag som vill maximera stabiliteten hos lipofila ämnen i en vattenbas, är forskning om nanotekniska lösningar sannolikt oöverkomligt dyr. Lyckligtvis har Axiomm gjort huvuddelen av forskningen för dig. Med produkter som exceptionalgoo, occurshot och occurmix kan du börja med förutvecklade bärare som är utformade för att skapa stabila, olja-i-vatten nanoemulsioner infunderade med din produkt. Lägg bara till dina unika produktkomponenter och följ anvisningarna. Du är fri att fokusera på frågor som smak, färg och konsistens, medan Axiomm tar över det tekniska arbetet med nanoemulsionen. Resultatet? Ett enkelt sätt att utveckla den bästa versionen av din egen unika produkt för dina kunder.