Aleksandra Jowita Dyba, Anna Magdalena Gołkowska, Marta Maria Kozakiewicz, Anna Prescha, Karol Przemysław Nartowski
Elektrorozpylanie i elektroprzędzenie jako metody produkcji mikrokapsułek oraz mikrowłókien olejowych
2021-05-06
Elektrorozpylanie i elektroprzędzenie należą do grupy technik elektrohydrodynamicznych, które są aplikowalne do produkcji kapsułek i włókien w skali mikro. Za pomocą sił elektrostatycznych w procesowanych cieczach wzbudzane są ładunki elektryczne w roztworze polimeru, a tworzący się strumień poprzez jego rozciąganie oraz odparowywanie rozpuszczalnika może utworzyć produkt w postaci kulek (mikrokapsułek) lub mikrowłókien (morfologia zależy od stopnia stabilności tworzonego strumienia), których otoczka tworzona jest przez zastosowany polimer. Metody te mogą być zastosowane do tworzenia nośników dla substancji biologicznie aktywnych o charakterze hydrofobowym, takich jak oleje, kwasy tłuszczowe i substancje rozpuszczalne w olejach, ponieważ nie wymagają użycia wysokich temperatur, toksycznych rozpuszczalników, a umożliwiają zamykanie w polimerowych strukturach substancji płynnych, a także ograniczenie kontaktu substancji wrażliwych na degradację przez utlenianie z powietrzem. Potencjalnym zastosowaniem otrzymanych mikrokapsułek lub mikrowłókien jest produkcja żywności funkcjonalnej, stąd konieczność stosowania reagentów nietoksycznych i dopuszczonych do kontaktu z żywnością. Odpowiednie dobranie polimerów o różnorodnym pochodzeniu i rozpuszczalnika oraz parametrów procesu umożliwia przeprowadzenie zamknięcia oleju w otoczce, a otrzymany w wielu badaniach produkt wykazuje znacznie korzystniejsze właściwości niż kontrola bez zabezpieczenia procesem kapsułkowania lub wykonana przy użyciu innych technik mikrokapsułkowania. Właściwości stosowanych roztworów, takie jak ich lepkość, napięcie powierzchniowe, przewodność i stopień splątania łańcuchów polimerowych mają bezpośrednie przełożenie na otrzymywane produkty. Jedną ze strategii przygotowania materiału do produkcji kapsułek jest otrzymanie emulsji o/w, stosowane są również systemy wieloigłowe, tzw. coaxial electrospraying/electrospinning. W artykule przedstawiono podstawy procesów elektrorozpylania i elektroprzędzenia, a także niektóre ich modyfikacje, jak również parametry związane z właściwościami roztworu, zastosowanych polimerów, sprzętu stosowanego w technikach oraz metody analizy produktu pod kątem jego morfologii, wydajności procesu kapsułkowania oraz efektywności ochrony olejów przed utlenianiem.
Słowa kluczowe: elektrorozpylanie, elektroprzędzenie, mikrokapsułki, mikrowłókna, kapsułkowanie olejów.
© Farm Pol, 2021, 77 (4): 220–229
Electrospraying and electrospinning in the production of oil-based microcapsules and microfibers
Electrospraying and electrospinning are electrohydrodynamic techniques that are applicable to the production of capsules and fibers on a micro‑scale. Electrical forces are applied to the surface of the polymer solution to form a charged jet that stretches towards the collector with simultaneous solvent evaporation, forming beads (microcapsules) or microfibers with polymer coating; the morphology heavily influenced by the stability of the jet. These methods can be used to achieve carriers for biologically active hydrophobic substances, such as oils, fatty acids, and oil‑soluble substances due to the fact that they do not require the use of high temperatures or toxic solvents. They enable the encapsulation of liquids in polymeric structures and limit possible oxidative degeneration of sensitive compounds. A potential application for electrosprayed microcapsules and electrospun microfibers is functional food production. Careful selection of polymers of various sources and solvents, as well as process parameters, allows for sealing the oil in the shell. The obtained products show more favorable properties in comparison with oils in the bulk, as well as capsules produced using other common encapsulation techniques. Several properties of the solutions such as their viscosity, surface tension, conductivity, and the degree of polymer chain entanglement directly influence bead or fiber formation. One of the strategies for encapsulation of oils is to disperse it in the polymer solution and use the obtained w/o emulsion as the spraying liquid. Multiple emitters are also used, in the so-called coaxial (or multiaxial) electrospraying/electrospinning. This review discusses the fundamental principles of the electrohydrodynamic processes, as well as various parameters of those techniques (related to solution properties, polymer and solvent selection, the equipment used, and the methods applied to product analysis in terms of its morphology, encapsulation efficiency, and oxidation).
Keywords: electrospraying, electrospinning, microcapsules, microfibers, oil encapsulation.
© Farm Pol, 2021, 77 (4): 220–229