Study of the preparation of a stable foam

Abstract

On a daily basis, abdominal examinations with x-ray imaging are run at hospitals for diagnosis of abdominal diseases. To enable doctors to visualize organs and tissues on an x-ray image with colors based on the radiodensity, the patient needs to drink an oral contrast that fills up the digestive system. Current filling agents have a radiodensity similar to that of organs and tissues which makes the contrast between the agent and the organs low, and a challenge for the doctor to give a correct diagnosis.
The aim of this work was to scale down the production of a protein-based foam used as contrast agent, as the current process is not adapted to the time it takes for the patient to drink the full dose, leading to varying quality of the portions of foam swallowed. A production time of below 3 min was desired. Ultrasonication and scaling parameters of the current mixing method were evaluated for the mixing of powder ingredients in liquid (dispersion production). The foaming process was downscaled by evaluating equipment dimensions. Since the foam properties need to be unaffected by the downscaling, various analyses were conducted.
Results from the ultrasonication experiments showed that ultrasound enhances foaming properties and decreases the bubble size to 1/3 of that obtained with the original method. Downscaling the dispersion production and foaming 3 downscaled dispersions according to the original foaming process resulted in foams that fulfilled the product requirements. However, when the same dispersion was foamed alone, the obtained foam did not fulfill the requirements. Increasing the dispersion mixing time and decreasing the foaming jar diameter resulted in downscaled foams with similar properties as the original foams. In vitro digestive treatments and an x-ray showed that the downscaled foams were acceptable but need slight improvement to eliminate visible bubbles.
Downscaling the production resulted in foams indifferent from the original ones, but the time goal of 3 min production time was not accomplished since there seemed to be a minimum limit for the dispersion production essential for maintaining the foam properties. Increasing the foaming duration appeared to improve the stability of downscaled foams and needs to be further evaluated to eliminate the appearing visible bubbles.

Popular Abstract (Swedish)

Skummigt kontrastmedel för buktomografi utan biverkningar

Alla har vi sett i sjukhusserier en röntgenapparat med en cirkel som man åker in i, men vilka förberedelser krävs för att det ska bli bra bilder som kan hjälpa läkaren att ställa en korrekt diagnos? Visste du att man behöver dricka runt 1 L vätska innan för att fylla upp magen om man vill få en bra bild? I ett projekt har tillverkningen av ett skum som underlättar röntgenbesöket undersökts.

Inför en röntgenundersökning behöver du alltså fylla upp magtarmkanalen med en vätska som gör det enklare att skilja olika organ åt på en röntgenbild. Oftast smakar den här vätskan rätt äckligt och inte nog med det, den kan göra att du får ont i magen efteråt och måste stanna kvar på sjukhuset någon timme. Hade det inte varit skönt att slippa den delen och bara gå hem istället?
Detta är fullt möjligt! Nu finns det nämligen ett drickbart skum som har samma effekt men gör att du slipper de obehagliga konsekvenserna, och som dessutom gör det enklare för läkaren att diagnosticera. Det finns i flera olika smaker och innehåller inga skumma ingredienser – faktiskt mestadels protein. Det enda kruxet är att du får runt ett skum som du dricker fördelat i tre glas under 45–60 min. Eftersom skummet förändras snabbt under den här tiden, blir röntgenbilderna kanske inte så bra som de hade kunnat om varje glas innehöll identiska skum.
I ett projekt har detta problem identifierats där man undersökte olika sätt att framställa skummet i mindre skala d.v.s. ett glas i taget. På så sätt får man ett färskt glas skum vid tre tillfällen precis innan man ska dricka det, och då blir det garanterat fina röntgenbilder. Först skulle steget där pulveringredienserna blandas i vatten göras i mindre skala och under mycket kortare tid än vanligtvis. Sedan vispades den här vätskan som vanligt för att bli ett skum. Det visade sig att volymen av vätskan spelar en stor roll i hur skummet blir, för när man blandade tre glas av den här vätskan och vispade till ett skum så uppfyllde det alla kraven. När man däremot vispade ett glas så fick man ett skum som inte uppfyllde några av kraven. Gjorde man exakt samma sak med ett glas av vätskan som blandats enligt den ursprungliga metoden så fick man ett skum som var bra enligt kraven. Därför bestämde man sig för att blanda pulvren under längre tid och byta ut burken som man vispade i mot en mycket mindre. Denna nya uppställning löste alla problemen och skummet var stabilt i rumstemperatur liknande skummet som producerats på ursprungligt vis.
Eftersom skummet ska färdas genom magtarmsystemet var det viktigt att det behöll dess struktur under dessa förhållanden. Det här kunde testas genom att simulera systemet i en in vitromodell innan man testar det i en människa. Detta innebär att man undersöker hur skummet förändras i ett värmeskåp inställt på 37 °C för att efterlikna kroppstemperaturen. Efter en stund tillsätter man en simulerad magsyra och efter ytterligare en stund simulerad bukspott. Därefter utvärderades skummet på hur bubbelstorleken och luftinnehållet påverkats. Man tog även röntgenbilder på skummet för att försäkra sig om att det uppfyllde alla krav.
Resultatet var att man fick fram en ny tillverkningsmetod av skummet anpassat till att producera ett glas i taget där tiden från ingredienser till färdig produkt kunde hållas rimligen kort, och det resulterade skummet var stabilt i rumstemperatur. Genom att öka vispningstiden skulle man kunna få ett skum där det inte dyker upp stora bubblor som det gjorde i in vitro testet och röntgenbilderna.

• author: Nguyen, Anh
• supervisor: Marie Wahlgren; Lucia Casal-Dujat
• organization: Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
• course: KLGM15 20181
• year: 2018
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Foam, scaling, mixing, agitation, downscaling, stability, consistency, overrun, foaming, colloids, powder mixing, pharmaceutical technology, läkemedelsteknologi
• language: English
• id: 8952288
• date added to LUP: 2018-06-27 14:14:49
• date last changed: 2018-06-27 14:14:49