LES PHYTO-NANOEMULSIONS

LES PHYTO-NANOEMULSIONS

. Méthodes de formulation et de caractérisation des nanoémulsions

Méthodes de formulation 

Méthodes d’émulsification à haute énergie 

Homogénéisation à haute pression C’est la méthode la plus utilisée au laboratoire pour la production de NEs. Cette méthode bénéficie de l’homogénéisateur haute pression ou de l’homogénéisateur à piston pour fabriquer des NEs dont la taille des particules peut atteindre 1 nm (Figure 1). 6 Figure 1 : Technique d’homogénéisation à haute pression pour la préparation de nanoémulsions (McClements, 2011a) Au cours de la méthode, l’émulsion est forcée de traverser un petit orifice à une pression de fonctionnement comprise entre 500 et 5000 psi (Chime and Attama, 2014). Des NEs avec des gouttelettes extrêmement petites, sont obtenues car plusieurs forces telles que le cisaillement hydraulique, la turbulence intense et la cavitation agissent ensemble pendant le processus. Ce processus peut être répété jusqu’à ce que le produit final atteigne la taille de gouttelettes et l’indice de polydispersité (PDI) souhaités. L’uniformité de la taille des gouttelettes dans les NEs est spécifiée par le PDI (Jaiswal et al., 2015). Les échantillons monodispersés ont un PDI inférieur à 0,08, un PDI compris entre 0,08 et 0,3 indique une distribution de taille étroite, tandis que le PDI supérieur à 0,3 indique une distribution de taille étendue (Jaiswal et al., 2015; McClements and Jafari, 2018; Zhang et al., 2011). Cependant, l’obtention de petites gouttelettes qui sont dans la gamme de taille nanométrique nécessite une grande quantité d’énergie (Lovelyn and Attama, 2011). Cette quantité d’énergie et l’augmentation des températures au cours du processus d’homogénéisation sous haute pression peuvent entraîner une détérioration des composants (Seta et al., 2014). Les composés thermolabiles tels que les protéines, les enzymes et les acides nucléiques peuvent être endommagés (Chime and Attama, 2014; Floury et al., 2000). 

Emulsification par ultrasonication

Deux mécanismes interviennent dans l’émulsification par ultrasons. Premièrement, le champ acoustique crée des ondes interfaciales qui permettent à la phase huileuse de se disperser dans la phase continue sous forme de gouttelettes (émulsions directes). Deuxièmement, les ultrasons provoquent une cavitation acoustique qui produit respectivement la formation et l’effondrement des microbulles en raison des fluctuations de pression d’une seule onde sonore. De cette façon, des niveaux énormes de turbulence très localisée sont générés, ce qui provoque des micro-implosions qui perturbent les grosses gouttelettes de taille inférieure ou égale au micron (McClements and Jafari, 2018; Zhang et al., 2011). Ainsi, l’émulsion pré-mélangée est agitée par vibration de la surface solide à des fréquences de plus de 20 kHz. Il existe des appareils à ultrasons de grande puissance tels que les avertisseurs sonores et les sondes pointues qui provoquent un cisaillement et une cavitation extrêmes entraînant la rupture des gouttelettes. Il a été observé que dans la plupart des systèmes à ultrasons, le champ sonore émis est hétérogène. Pour cette raison, pour que toutes les gouttelettes présentent le taux de cisaillement le plus élevé, une recirculation de l’émulsion dans la région de forte puissance doit être assurée. De plus, en effectuant ce type de recirculation plusieurs fois, il est possible d’obtenir des émulsions ayant une taille de gouttelette uniforme à des concentrations diluées (Mason et al., 2006). Le type d’émulsifiant, la quantité d’émulsifiant et la viscosité des phases sont les paramètres les plus critiques qui affectent l’efficacité de l’homogénéisation (Leong et al., 2009; Maa and Hsu, 1999). Ainsi, l’optimisation de ces paramètres est nécessaire pour préparer des NEs ayant de fines gouttelettes. Cependant, les méthodes de sonication suscitent certaines inquiétudes car elles peuvent induire une dénaturation des protéines, une dépolymérisation des polysaccharides et une oxydation des lipides (Jafari et al., 2006; McClements and Rao, 2011).

 Microfluidisation

Il est le plus utilisé dans l’industrie pharmaceutique pour acquérir des émulsions fines. Dans cette méthode, un dispositif appelé microfluidiseur qui fournit des pressions élevées est utilisé (Figure 2). Figure 2 : Schéma de mise en place et fonctionnement d’un microfluidiseur (Singh et al., 2017a) Au cours du processus, une pression élevée force l’émulsion à traverser la chambre d’interaction et ainsi, des NEs avec des gouttelettes de dimension nanométrique peuvent être produites. En effet, il y a une collision entre les jets d’émulsion bruts provenant de deux canaux opposés dans la buse du microfluidiseur, également appelée chambre d’interaction. La mobilité de l’émulsion brute est assurée par une pompe à commande pneumatique capable de comprimer l’air jusqu’à des pressions comprises entre 150 et 650 MPa. Cette 9 pression élevée oblige le flux d’émulsion brute à traverser des microcanaux et après la collision de deux canaux opposés, un niveau de force de cisaillement énorme est obtenu. Par conséquent, à l’aide de cette force, des émulsions fines sont produites (Çinar, 2017). La production uniforme de NEs peut être obtenue en répétant le processus plusieurs fois et en faisant varier la pression de fonctionnement afin d’obtenir la taille souhaitée (Chime and Attama, 2014; Jaiswal et al., 2015; McClements and Jafari, 2018). 

Méthodes d’émulsification à faible énergie 

Nanoémulsification spontanée Cette technique se déroule en trois étapes : i. La première consiste à préparer une solution organique homogène pouvant contenir une huile, un agent stabilisant, un solvant miscible à l’eau en différentes proportions. ii. Cette phase organique est dans un second temps injecté dans une phase aqueuse sous agitation magnétique afin de former une émulsion. iii. Dans un dernier temps, le solvant est évaporé sous pression réduite pour récupérer l’émulsion (Solans and Solé, 2012). En effet, lorsqu’une solution organique homogène (phase huileuse, agent stabilisant, solvant miscible à l’eau) est mélangée à une phase aqueuse, des gouttelettes d’huile se forment spontanément. Le mécanisme dépend du mouvement que la substance dispersible dans l’eau effectue de la phase huileuse vers la phase aqueuse. Ceci entraîne une turbulence interfaciale et donc la formation de gouttelettes d’huile spontanées (McClements and Rao, 2011). Cette méthode peut produire des NEs à température ambiante et aucun dispositif spécial n’est requis (Figure 3).