Green Coacervates for Pharma and Food

Abstract

Anionic biosurfactant-cationic biopolymer systems were investigated to identify and characterize a coacervation window. The characterization of the systems was performed with dynamic light scattering, small angle x-ray scattering and in-situ ellipsometry. The surfactants sodium- and potassium caprylate (NaC10, KC10) and sodium- and potassium laurate (NaC12, KC12) were studied with titration experiments, C10 had pKa 7.8 and C12 had pKa 8.6. The system needed to be above pH 9 for the surfactants to be soluble and form micelles. The studied biopolymers were QUATIN® 350 TQ-D (Q350), 680 TQ-D (Q680) and N-Hance™ CCG 45 (N-Hance), in concentration range 0.5-2 wt%. The most studied system was NaC10-Q680 2 wt%. The coacervation area mapped out for this system was within the concentrations 1-2 wt% NaC10, which is around the critical micelle concentration (CMC). This was observed regardless of Q680 concentration. Therefore, the CMC was the main factor for coacervation since micelles are required for coacervation. Systems that exhibited coacervation could do this far from charge neutrality. Hence other factors play a role in coacervation.

Popular Abstract (Swedish)

I dagens samhälle är de flesta produkter inom kosmetika-, läkemedels- och matbranschen baserade på fossilbaserade ingredienser som utvinns från råolja och med de nuvarande klimatproblemen forskas och undersöks det intensivt efter möjligheter till förnybara alternativ. I många produkter från dessa områden finns det ofta ett kemiskt komplex, mellan två större molekyler med olika laddningar. Dessa komplex, kallas “koacervat” och syftet med dem i många formuleringar är att fästa sig vid olika ytor och utföra olika uppdrag beronde på formuleringen.

Vidare är det främst koacervatingredienserna som utgör dessa komplex man vill ersätta. Vanligtvis, består komplexen av surfaktanter och polymer med olika laddningar. Mekanismerna som skapar dessa komplex är invecklade och många faktorer kan vara orsaken bakom. Däremot, är gängse teori att om man har lika mängder laddning av surfaktant och polymer i systemet är det optimalt för koacervat formation. I detta scenario har vi laddningsneutralitet. Koacervat måste vara i en vattenlösning för det ska skapas. När väl formationen sker resulterar det i en uppdelningen av två olika vätskor med olika densiteter. Vätskan med högre densitet kallas koacervat och lägger sig på botten.

I detta examensarbete har vi undersökt särskilda biobaserade surfaktanter, som är mellanstora fettsyror (kaprinsyra och laurinsyra) utvunnen från kokosolja och palmkärnor. Biopolymererna som undersöktes är inulin baserade utvunna från cikoriarötter. Dessa ingredienser kombinerades i olika surfaktantpolymerkombinationer där särskilda parametrar undersöktes. Karakteriseringen genomfördes med hjälp av två spridningstekniker av ljus- och röntgenvågor.

Resultatet av formation av koacervat gavs främst från parametrarna; pH-värde över 9, för lösligheten av surfaktanterna; en viss koncentration av surfaktanterna för att de skulle kunna bilda miceller, där surfaktanterna bildar egenordnade, runda strukturer. Resultaten visade också att koacervatformation kunde ske långt ifrån laddningsneutralitet.

• author: Imets, Izabella and Vallin, Andreas
• supervisor: Tommy Nylander; Marta Gubitosi
• organization: Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
• alternative title: Biobaserade surfaktant- och polymersystem för läkemedel och livsmedel
• course: KLGM15 20221
• year: 2022
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: MSc, coacervate, biosurfactant, biopolymer, SAXS, DLS, elliposometry, pharmaceutical technology
• language: English
• id: 9089575
• date added to LUP: 2022-06-23 08:34:02
• date last changed: 2022-06-23 08:34:02